摘 要 微反映器具有传热传质效率高、反映参数节制严酷、易于放大、平安机能好等劣势。微反映器手艺取气液多相催化反映的连系是开辟高效且可持续的化工出产手艺主要手段。气液多相催化微反映器集成了催化反映和微反映器手艺的长处，正在化学合成中具有普遍的使用前景。按照非均相催化剂固定体例，气-液-固三相催化微反映器能够分为壁面负载式微反映器和填充床式微反映器。微反映器中多相流的流动和物质传送城市对微反映器机能发生影响，研究微反映器的气液两相流问题有益于指点高机能微反映器的设想和使用。本工做起首回首了微反映器手艺的特点，引见了微反映器的布局优化方案，简述了微反映器中的气液两相流流型、传质特点和气泡分裂动力学。随后沉点会商了多相催化微反映器的使用实例以及面对的挑和。最初，连系以往的微反映器研究，对于将来气液两相系统下微反映器手艺面对的挑和和成长趋向进行了瞻望。能源化工、医疗制药等范畴正正在积极推进化学出产工艺朝着绿色化、低碳化转型以更好地应对全球日益增加的生态、能源资本供求缺口等问题。为领会决保守反映器正在出产过程中呈现的能耗高、平安性差、成本高、不易节制、污染严沉等问题，微化工手艺做为过化的无效手段获得了快速成长和使用 [1，2]。微化工手艺是正在微米级或亚毫米级尺寸下进行夹杂、化学反映及分手的手艺 [3，4]。微反映器做为微化工手艺的环节和焦点，能够使反映系统的分离标准削减。反映器中微通道尺寸凡是正在几十微米至几百微米之间，常见范畴为10~500 μm [5，6]。相较于保守设备，微反映器具有更好的传热、传质能力和传送效率，常被用于实现高效且可持续成长的化学出产过程中。气液反映是化工出产过程中常见的一种反映类型，气相和液相以持续流动的体例进入微流道或微反映器中快速反映。通过优化反映器几何布局能够进一步缩短反映时间、削减反映器中物料的畅留、降低副反映的发生从而提高反映器机能。可是正在气液两相流系统下进行微反映器的布局优化是一项具有挑和性的使命，需要分析考虑反映器内气液流体的流动特征、传质机制和反映动力学等多方面要素，以确定合适的通道尺寸、外形和结构 [7，8]。因而，需要深切理解微不雅标准下的流体行为和相间彼此感化以确保反映器的内部通道布局正在反映过程中的相容性。气液两相传播递过化目标是进一步提高微反映器传热、传质效率、加速反映速度、降低反映前提的和能源的耗损。正在这些过程中，催化剂往往是进一步推进的环节东西之一。固体催化剂常以催化壁涂层或粉末状颗粒的形式固定正在微反映器中，由此开辟出的壁面负载式微反映器和填充床式微反映器正在各类多相反映中出庞大的优胜性。本工做对于涉及多相催化反映的微反映器手艺和反映中呈现的多相流进行了综述总结，次要引见了三个方面的研究进展：微反映器手艺的特点和常见的布局优化方案、微通道内气液两相流感化过程和道理以及常见的多相催化微反映器的使用，并正在此根本上会商多相流系统下的微反映器手艺所面对的挑和和成长趋向。该综述旨正在为微反映器正在化工出产范畴的设想、制制、使用供给和指点。微反映器是指通过微加工和细密加工手艺制制的小型反映系统 [8]，具有更易节制、使用面更广、同时易于间接放大以实现大规模出产等劣势，能够实现过程的可持续操做。微反映器正在工业出产中具有庞大潜力，对经济、社会成长具有主要的现实意义。目前化工出产过程仍以釜式反映器为从，多采用机械搅拌和夹套换热等体例对反映进行调理。但釜式反映器的传质传热机能较差，无法无效节制反映温度，导致反映选择性和反映物产率下降，存正在较大的平安现患。微反映器中通道特征尺寸小的布局特点使其相较于常规标准的反映器能够更好地满脚化学反映中对于传热传质机能的高要求。其劣势次要表示正在以下几个方面：得益于微反映器较小的特征尺寸，间传质距离小，比相界面面积大，流道内鸿沟层厚度小，流体的流动形态一般为层流，便于节制反映时间，能够无效避免副产品的生成，使方针产品产量提高。微反映器的比概况积较大，一般正在10000~50000 m 2/m 3范畴内 [5]，保守的反映器比概况积只要100~1000 m 2/m 3。微反映器内部流体之间的接触愈加充实，能够实现更高的传热速度。正在强放热的化学反映中能够通过反映热的快速传送避免局部热点的发生，从而实现反映器中温度的平均不变，这为那些需切确节制反映温度但正在大标准反映器中无法实现的化学反映供给了可能。同时，这一特点也使得微反映器特别适合于温度变化出格的化学反映，能够极大地避免反映过程中两头产品的分化，提高了选择性和产率。微反映器试剂用量少、试验成本低、反映快速，试验周期能够较着缩短。正在最终进入工业化使用阶段前，保守的化工设备的研发需颠末尝试、初试、中试等阶段，形成时间和资本成本大量华侈。取保守的体积放大策略分歧，微反映器中通过添加微通道的数量来达到放大的目标，以加快尝试产物快速市场化，顺应现实出产需求，添加产物合作力 [9]。譬如一种新型的板式微反映器 [10]正在进行甲醇蒸汽沉整制氢时，通过将分歧功能的反映模块进行串并联实现了全体设备体积和分量的减小，缓解了催化剂正在高温前提下易烧结的问题，从而实现了高选择性和超出跨越产速度。常规标准的反映器强化物质传送的体例往往是升温、加压，保守的间歇式反映器因为传热能力差且容积较大，容易呈现热量无法及时导出，导致飞温失控、反映物分化燃烧爆炸等平安现患 [11]。而微反映器内部特殊的几何布局及其微米级的特征尺寸使得传热、传质能力显著加强，能够实现反映过程中热量的快速输入输出从而维持较为不变的温度，可以或许无效避免由高温高压操做所带来的风险 [12，13]。同时，微反映器通过微型阀门、气动安拆、反馈节制等手段实现微升级流量计量和调理，能够精准节制反映的温度、压力、浓度等环节参数，避免反映过程失控。此外，因为加入反映的化学品用量少，平安问题的现患较小。将微反映器使用于多相催化反映中能够提高反映全体的率和产率。Wiles等 [10]以硼硅玻璃为材料制做了2。5 cm×2。5 cm×2。0 cm大小的微反映器(内部通道尺寸范畴为10~400 μm)，将此反映器使用于药品1，2-二氮唑的制备，取间歇式反映器中60%的率比拟，该微反映器的率获得大幅提高，达到98%~100%。Jähnisch等 [14]别离正在降膜式微反映器(Falling Film Microreactor)和微鼓泡塔反映器(Micro Bubble Column)中对甲苯间接氟化进行了研究。发觉取常规反映器比力，微反映器的产物产率最高可达28%，是基准产率的2~3倍以上，证明微反映器手艺相对于常规反映器具有更优胜的反映机能。Ali等 [15]以全氢化二苄基甲苯做为液态无机物载体，别离研究了正在搅拌釜反映器和涂壁式持续流微通道反映器中进行的脱氢反映，利用不异剂量催化剂(2wt% Pt/Al 2O 3)时，微通道反映器发生的氢气产量百分比(58%)高于搅拌釜反映器(19。1%)。刘建武等 [16]设想了一套持续流微通道反映器系统合成乙酰乙酸甲酯，能够实现逗留时间缩短至90 s，产物选择性达96。8%。利用持续流微反映器能够削减催化剂的耗损，实现产物投料反映分手持续一体化，强化反映系统的不变性，缩短物料逗留时间，削减反映持液量，添加反映产量。微反映器的设想和优化需要分析考虑材料和制制工艺的感化。合适的材料选择和工艺设想能够确保微反映器的机能不变和靠得住，从而实现高效的反映过程。常见的微反映器制制材料包罗铝板、玻璃、陶瓷、聚合物、硅、不锈钢、树脂等 [17]。材料的选择取决于包罗操做前提(压力、温度等)、反映物的物理化学性质(pH值、黏度、相态、侵蚀机能等)、制制难易程度、成本等多方面要素，同时需要考虑能否具有可以或许正在工业中实现大规模出产的潜力。表1中列举了各类典型材料的优错误谬误。为了构制高效、紧凑的微反映器，需要按照材料的选择、所加工微通道的复杂性、反映物的物质和制制难易程度等，采纳分歧的制备方式，如电铸[图1(a)]、电火花[图1(b)]、机械切割[图1(c)]、激光刻蚀[图1(d)]、电刻蚀[图1(e)]、注塑成型、软光刻、光刻、热压和纳米压印等 [ 18-24]。选择合适的制制工艺能够正在加工过程中实现切确的几何参数节制获得复杂的通道布局，从而确保微反映器的精度、可反复性和成本效益。微反映器优异的传热传质能力和较大的比概况积的布局特点使适当量体积反映物单元时间内方针产品生成量添加，有益于实现更紧凑的反映系统，提高系统的平安性和体积效率。微反映器设想的最终方针是正在出产过程中以最低的成本实现最大的率和选择性。微反映器机能受流型、速度分布、压降、温度分布等要素的分析影响，而这些要素和反映器的几何布局联系慎密。因而对反映器几何布局进行优化是改善微反映器机能最常见的手段。正在涉及液相反映物的微反映器中，根据反映中流道能否发生宏不雅变化，几何设想次要从全体布局形式改变(如微通道改变/扩张等)或壁面/肋描摹的变化等角度出发。微反映器的通道外形次要有平行布局、螺旋布局和树形布局等。平行微通道的流阻小、易于安插，是最常见的安插体例之一。Wang等 [25]设想了一种SiC蜂窝陶瓷微通道反映器，正在微反映器中576个并行微通道负载催化剂，如图2(a)所示，正在甲醇沉整的入口处设想了矩形分派管以提高流量的平均性。尝试成果表白，反映器中压降低至1。2 Pa，产氢量能够达到316。37 mL/min。微反映器的横截面外形和分布也会影响反映器的机能。Pan等 [26]正在两种外形(矩形和齿形)横截面及四种分布类型[图2(b)中左疏左密分布(SLDR)、左密左疏分布(DLSR)、摆布平均分布(ELR)和上下平均分布(EUU)]的微通道反映器中研究通道布局对甲烷水溶液沉整的影响。成果表白反映器的微通道分布对反映机能的影响较大。正在矩形截面微通道和齿形微通道中ELR的分布均表示出优良的反映机能，这是因为正在平均分布的微通道中微通道间的速度分布相对平均，使得微通道间的逗留时间相对平均，反映过程中的率和选择性得以提高。Lu等 [27]设想了如图2(c)中所示正弦式微通道和具有凹坑布局的微通道，成果表白正弦式微反映器中因为构成分手流和振荡流使得冷热流体的夹杂加强。而因为接触概况扩大正在通道中可构成涡流和二次流，具有凹坑布局的微反映器换热机能加强。将两种布局集成的设想是最佳的制氢微反映器。Chen等 [28]针对甲醇沉整设想了如图2(d)所示的分支树状微反映器，其反映效率相较于蛇形更高，使得甲醇的率添加。微翅片等布局也常被用于微反映器中以改善微反映器机能。Li等 [29]设想了带有圆柱状和倾斜矩形布局翅片、高深宽比的双氧水分化微反映器，翅片布局如图2(e)所示。研究表白，入口设置有针翅布局的微反映器能够充实操纵环形流和气泡-环形流的改变，从而实现双氧水不变，尝试最高率可达59。0%。Mei等 [30]设想了微针阵列排布的微反映器，如图2(f)所示，并研究告终构参数对甲醇沉整中流体流动的影响，微反映器中的氢气接收率可达8。3 mL/min，甲醇的率可达到90%以上。Alkhamis等 [31]设想了分歧角度的V形肋片微反映器通道，成果表白肋片的存正在无益于微反映器中环氧乙烷的出产，当反映器中雷诺数和V形肋的角度添加时，反映器的机能进一步提高。针对分歧反映系统开辟分歧布局的微反映器可以或许无效提高合成效率，优化反映器的效率，正在规模化出产中具有庞大潜力，值得进一步深切研究。虽然对微反映器几何构型进行合理的设想能够使得微反映器机能获得改善，可是改善微通道几何布局需要分析考虑多方面要素，包罗通道内流体间彼此感化、制做工艺难易、制形成本、机能要求等。出格是正在气液两相流系统下，需要深切理解微不雅标准下相间流动行为和传质纪律，以确保设想取反映的相容性。微通道反映器的几何布局优化是一项复杂而艰难的挑和，需要操纵更多的研究手段(如数值模仿和尝试验证等)进行辅帮。微反映器中的气液两相流是正在微反映器中同时存正在气体和液体两种流体的流动现象，气体和液体通过微反映器中的界面进行彼此感化和传送。微反映器内气液两相流动特征是研究微反映器内热质传送纪律的根本，气液两相流的流型决定了相界面间面积、压降等要素，间接影响微通道内的流动阻力、两相分布、物质传输结果等 [32]。目前对于两相流的流型研究取得了必然，因为研究者正在分歧的模仿计较或尝试中所利用的微通道的布局、流体性质、初始前提设置的差别，所以察看到的微通道内气液两相流型有所差别，描述定名也存正在分歧。微通道中常见且认识相对分歧的流型包罗泡状流、段塞流(Taylor流)和环形流 [33]。微通道中的流型受通道布局、流体性质、来流速度、内部压力、概况张力等要素影响。Triplett等 [34，35]以水和空气为介质别离对分歧水力曲径的圆形微通道和半三角形微通道进行尝试，研究气液两相流的流型分布，发觉微通道尺寸、截面外形对气液两相流型及其改变具有主要影响。如图3所示，正在分歧气液相表不雅速度下微通道内的两相流型次要为泡状流(Bubbly Flow)、段塞流(Slug Flow)、搅拌流(Churn Flow)、段塞-环形流(Slug-Annular Flow)和环形流(Annular Flow)。微反映器中气液两相流的传质过程很大程度上受其内部流型影响。微反映器中常见的流型次要是泡状流、段塞流和环形流。通过研究分歧流型下的相间传质特征，能够更好地舆解和节制微反映器中的传输过程，有帮于优化反映前提、改良催化剂设想、提高反映效率，从而实现更高效的反映和更好的反映成果 [36]。研究人员对微反映器中常见的流型间传质纪律做了如下总结：泡状流一般是正在较小气液流量比下构成的流型，气体以气泡形式正在液相中。气泡曲径凡是小于微通道的曲径，一般而言，气泡的曲径越小、数量越多，所能供给的相间传输面积越大，强化物质传送能力越强。Yang等 [37]对具有T型和流动聚焦型入口布局微通道内泡状流流型下陪伴CO 2接收时的气泡构成过程及流动过程中的传质特征别离进行了研究，计较了气泡构成和气泡流动阶段的总体传质系数，成立了预测传质系数的经验相关式，成果表白跟着CO 2体积的降低气相传质阻力降微贱通道中的传质系数添加，同时微通道总传质系数比宏不雅安拆中的总传质系数高约1~2个数量级。然而，泡状流正在低气相流量下可能导致反映物供给不脚，从而导致反映不完全的问题；高气相流量下构成的泡状流，存正在气泡尺寸不均、流型不不变、传质三相系统中催化剂壁面的扩散长度较长等问题。段塞流又称Taylor流，由气泡取液体段塞交替排布构成，气泡的长度凡是大于微通道的特征尺寸，是微通道最常见的一种流型。正在段塞流中，气体和段塞之间存正在涡旋，加强界面热质互换，能够推进多相流反映 [38]。Shao等 [39]以CO 2-N 2夹杂气为气相工质、NaOH水溶液或去离子水为液相工质，别离对毛细微通道内Taylor流下有无化学反映时的物质传送行为别离进行了尝试和模仿研究。成果表白增大气液相接触面积、降低液柱长度、减小通道尺寸均有益于反映物传送。Liuta等 [40]正在分歧的人体碳酸酐酶II (hCA II)缓和冲液浓度下研究强化酶的CO 2捕获，研究指出反映器中发生的气液两相泰勒流动强化了传质，使得概况接触面积变大、轴向扩散和返混减小，提高了hCA II的操纵率和酶周转数，并确保了低压降下加强酶介导的CO 2接收过程。因为催化剂层的存正在，微反映器中多相催化反映所构成的段塞流的传质行为十分特殊。研究人员将有壁面催化剂时发生的泰勒传播输过程分为三个子过程 [ 41-43]，如图4所示：(1) 从气相颠末液膜传输到催化层；(2) 从气相到液体段塞的传输过程；(3) 从液体段塞到催化层的传输过程。从气体段塞到液体相和从液相到催化层的两个子过程能够被当做传输径，总传质系数被定义为：式中， k ov为总传质系数(m/s)， 为总比概况积(m 2/m 3)， k GS为气体和催化层间传质系数(m/s)， 为气体和催化层间比概况积(m 2/m 3) ，k GL为气体和液体间传质系数(m/s)， 为气体和液体间比概况积(m 2/m 3)， k LS为液体取催化层间传质系数(m/s) ， 为液体取催化层间比概况积(m 2/m 3)。正在环形流中毛细管的核心存正在持续的气相，大部门液体成膜状沿管壁活动，气体正在通道核心高度流动并具有较大的接触面积和极短的逗留时间，传质机能相对较弱。正在微反映器中，能否存正在催化剂层会使得传质过程存正在差别：正在不涉及催化剂层的反映中，传质过程次要发生正在气相取液膜之间；而对于存正在壁面催化反映时，传质还发生正在液膜侧和催化层之间 [44]。因而正在环形流呈现的微反映器中，膜布局、膜厚度对传质的影响十分主要。通道尺寸的减小使得微通道反映器内的水力学行为取常规标准反映器比拟表示出较着的差别，微通道的当量曲径一般是亚毫米级和几十微米级，凡是雷诺数较小，流动属于层流流动，概况张力和黏性力正在微通道内起次要影响。宋静 [45]设置5组分歧概况张力的氮气-乙醇、氮气-CMC水溶液，对微通道内具有分歧概况张力和黏度环境下的气液两相流动特征进行了研究，分歧流体的摩擦压降城市随气体表不雅速度和液体表不雅速度的添加而呈现上升趋向，跟着黏度增大，总体压降也会呈现上升趋向，同时微通道中环形流更易呈现。Wang等 [46]采用空气-去离子水、空气-火油和氮气-乙醇做为工做系统研究流体性质对于流动的影响，尝试过程察看到了段塞流、段塞-环形流、环形流和平行分层流(Parallel Stratified Flow)，同时做者指出液体概况张力和黏度都是影响流型改变的要素。反映压力的添加可提高气相反映物正在液相中的消融度、强化相间的传输效率。Zhao等 [47，48]以氮气和去离子水为气液工质正在矩形微通道内进行分歧操做压力(0。1~5 MPa)下气液两相流型及其改变特征的研究。跟着压力增大，微通道的次要流型改变取常压下雷同，由气泡流向搅拌流逐步过渡，过程中呈现气泡流、段塞流、不不变段塞流、平行流、段塞-环形流、环形流和搅拌流等典型流型。做者同时探究了正在微反映器中气泡构成取其速度之间的关系，研究表白气泡速度不是恒定的，会跟着气泡构成呈周期性变化。可是，微通道中的流动行为及流型改变区域取常压下比拟会呈现显著差别。正在微反映器中进行化学反映时会陪伴反映物的耗损及产品的生成，研究人员们对存正在化学反映的微反映器内的两相流展开了研究。Jähnisch等 [14]正在降膜式微反映器和微鼓泡塔反映器中研究了氟对纯甲苯或消融正在乙腈或甲醇中的甲苯进行间接氟化，正在微鼓泡塔反映器的通道(300 μm×100 μm)中察看到了泰勒流流动，这种流动形式正在低气体表不雅速度下容易呈现。当气体表不雅速度添加，流型由泰勒流向环形流改变。李春芳 [49]以二氧化碳为气体、单乙醇胺为液体，对伴有化学接收过程的T型微通道内气液两相流进行了研究，尝试中察看到了段塞流和泡状流，发觉反映速度的增大会降低空地率、增大压降取无反映时微通道的气液两相流有所差别。阎冀丰 [50]正在矩形截面的蛇形微通道内制备了Pd/γ-Al 2O 3催化层，以硝基苯加氢制苯胺为研究对象，对Taylor流下气液两相流态、段塞的长度和空地率等进行了研究。成果表白微反映器的率取气液两相流量及反映物浓度相关，存正在能够使反映器获得最佳反映机能的两相流态。Li等 [29]操纵可视化尝试察看了微反映器中持续流的双氧水溶液和催化剂Pt反映生成气泡的过程(如图5所示)，对所构成的流型及其改变过程进行了摸索。正在无翅片布局的微反映器(Flat Reactor)中能够正在Pt概况察看到大量细小气泡的生成，并构成泡状流(Bubble Flow)，跟着反映流成长，较小的气泡间会发生聚合构成较大的气泡，这使得产品的流速下降，入口处的压力会添加，使得气泡向下逛成长，液态环形流会破裂构成气泡-环形流(Bubble-Annular Flow)沉组构成气态环形流。持续流反映器正在入口和出口处别离设置分歧排数的翅片[图2(e)]。正在设想的出口反映器中，上逛的翅片排布添加了入口压力，无效了可压缩段塞的体积，削减逆流和压力波动，使得率得以提拔。尝试成果表白合理的翅片布局能够缓解两相流的不不变性并使得反映率得以提高。上述研究表白，合理操纵两相流的流型机制设想合适的微反映器布局，能够达到减小两相流的不不变性、改善反映器的热质传送能力、推进反映的率和效率等目标。微反映器两相流正在能源、化工出产等范畴中最常见的多相催化反映(如液态无机物产氢、双氧水分化等反映)中具有很大研究潜力。微反映器中反映两相流常常伴有液滴或气泡的呈现，其所伴跟着较大气液接触面积使得气液两相的传质得以加强，取通道壁之间的薄膜可以或许提高微通道的传热和传质效率。研究微反映器内的气液两相行为和气泡的构成、破裂聚结有益于研究微反映器中的输运、反映动力学的耦合纪律及器件的设想及优化。微反映器中气泡构成的环节问题是低雷诺数和毛细管准数( Ca)下无限空间内气液界面的动态演变，相关影响要素如表2 [50]所示。当气泡尺寸取微通道尺寸相其时，气液界面的动力学受束缚前提节制；而当气泡尺寸远小于微通道尺寸时，气液界面的动力学不受壁面束缚前提的。正在无束缚环境下，当气液界面颈部的长度标准远小于通道尺寸时，气液界面的夹断接近奇点，具有自类似性和普适性，取初始前提无关，其构成和破裂的过程能够由剪切机制和瑞利-泰勒不不变性注释。可是正在处于喷射形态下时，气泡构成会遭到初始前提影响。正在受限环境下，气泡的构成和破裂能够通过挤压机制进行描述。此外，界面动力学存正在从受限前提到无受限前提的过渡机制，这种环境是气泡构成挤压到滴落机制和T形接头处的气泡分裂的挤压到夹断阶段配合感化的成果。正在微通道气泡构成和分裂过程中，气液界面的长度标准随时间变化，这意味着正在界面上的次要力随时间变化。研究表白，微通道中气泡的构成和分裂遭到气体和液体流速、微通道的布局和尺寸以及流体的概况张力、黏度和流变特征等物质的影响 [51]。研究气泡构成时常采用基于交叉流动破裂手艺的T形入口毗连设想，Wang等 [52]正在毛细嵌入式T形微毗连器安拆研究了滴液形态下液/液系统和气/液系统中的分离纪律，研究了 Ca数、分离相流量和黏度比对整个过程的影响，研究中操纵PIV手段丈量液滴/气泡四周的流场，减小间隙的宽度能够加强交叉点处的剪切过程，加快气泡离开过程。同时，研究发觉气泡大小取 Ca数呈幂律相关，指数范畴为-0。31~-0。23。Li等 [53，54]研究了持续流动形态下N 2气泡和H 2气泡正在微通道安拆中气液界面的动力学，操纵可视化尝试察看了正在分歧黏性介质中的泰勒气泡的夹断过程，阐发了气泡破裂过程中概况张力、黏性力、气体惯性力对于气泡生成的影响。如图6所示，H 2和N 2气泡的尺寸变化趋向类似，可是因为H 2气泡间的气体惯性相对黏性剪切力更低，概况张力更小，发生较长的气泡。正在气泡破裂过程中概况张力和液体的惯性会加快气泡断裂，气体惯性和黏性剪切力则会气泡生成，气泡正在夹断阶段均察看到自类似性和不合错误称性，液体黏度和概况张力会影响界面构成过程中所察看到的现象。研究气泡的外形、活动速度和分布参数等对于优化微反映器的几何布局和操做前提、提高微反映器效率具有主要意义。目前的研究次要集中正在不考虑反映发生的简化过程，对于有反映发生时气液两相构成过程的研究还相对较少。正在现实使用中，微反映器往往涉及复杂多相催化反映。气泡的构成正在反映器内会遭到多种要素的影响，包罗溶液的物化性质、催化剂的特征及反映前提等，目前这些要素对于气泡分裂动力学的内正在影响机制仍然存正在学问空白，需要进一步的研究来深切摸索。涉及气液两相流的催化反映是化工行业中最常见的反映类型，常以气体和液体做为次要反映相，以固体相为催化剂或反映床填料。正在保守的反映器如机械搅拌釜、流化床、填料塔和喷雾塔等中，传质效率低，限制了反映转换率和选择性，而微反映器优良的传质能力可以或许很好地处理相间物质的传输阻力问题，提高反映物之间的传输能力和方针产品的产率 [55]。可是，受限于微反映器的细小特征尺寸，微反映器中涉及固相反映物或生成物的化学反映的运转面对坚苦，如固体催化剂以分离相的形式分布于反映物中时，可能会发生堆积导致通道内部堵塞，同时若何快速、高效地实现催化剂和产品的分手也是不成避免的挑和。因而，微通道内部的催化剂固定体例起着至关主要的感化，现实使用中最常见的催化剂安插体例将催化剂固定正在微反映器中[填充床式微反映器，见图7(a)]或间接涂敷正在微反映器壁面上[壁面负载式微反映器，见图7(b)] [55，56]。填充床式微反映器和壁面负载式微反映器是最常用于多相催化反映中的微反映器。因为微反映器的尺寸较小，流体流动的不不变性及反映物的传质速度等要素的影响，使得反映过程难以节制。因而，若何无效地调控微反映器中的气液两相流成为限制其使用的环节问题之一。壁面负载式微反映器中的多相流流型取无化学反映微通道中的多相流流型类似，催化剂间接负载于微通道内壁上，因为其内部传质阻力小能够维持着较好的层流前提从而反映物正在微通道内部的不变流动，通道内部压降较低，能够推进多相流持续不变流动从而实现催化反映发生时的高率 [57，58]。正在多相催化反映中，微反映器中常见的流型是气液段塞流[图8(a)]和环形流[图8(b)]，当气液两相流量比相对较低时，微反映器中段塞流占从导地位，跟着气液两相流量比添加，微反映器中两相流型向环形流成长 [59，60]。正在构成段塞流时，若是涂层被液体润湿优良，气泡和催化剂涂层之间常有薄液膜，了反映物和催化剂之间的优良接触 [61]。取普遍用于动力学研究的保守固定床反映器比拟，具有催化剂涂层通道壁的微通道反映器中的传质行为有底子上的分歧。反映器内部流动处于层流形态，其取外部传质仅依赖于垂曲于对流的扩散，取填充床式微反映器比拟不会有因为湍流或催化剂床的阻力而发生的夹杂效应 [62]。微反映器中受限的气液流动会使得气液界面的面积增大，同时段塞流和环形流正在微反映器中具有流动和传质的优同性，微反映器中的气液传质速度获得加强，反映器机能得以改善 [63]。涉及多相催化反映的壁面负载式微反映器近年来的研究次要集中于各类加氢反映和H 2O 2的间接合成。Cherkasov等 [ 64-66]设想了熔融石英毛细管反映器和玻璃毛细管反映器，并进行了2-甲基-3-丁炔-2-醇的氢化尝试，尝试成果表白两种微反映器烯烃的选择性均高于97。5%，而且不异反映前提下，利用微反映器时反映器内的温度比保守反映器高90℃。Feng等 [67，68]对硝基苯加氢中的气液两相流流动行为进行了研究，跟着反映的进行，微通道中气体段塞长度变化率先增大后减小，分歧的气体进口流速和液体进口流速会对微通道内两相流发生感化，从而影响微反映器的机能。Maehara等 [69]利用毛细管和堆叠式微反映器研究了由H 2和O 2间接合成H 2O 2，探究了气体和液体流速及反映温度对产量的影响，以确定堆叠式微反映器的最佳操做前提。Trinkies等 [70]将Pd/TiO 2催化剂涂覆到增材制制的钢基流体导流元件上，设想了由5个轴向和径向分布的流体指导叶片和平面两头段构成的微反映器，并将其使用于H 2O 2间接合成中。特殊设想的布局化催化剂可以或许正在反映中表示出优良的活性，催化剂没有失活及质量丧失，能够削减现有出产工业中从产品中去除催化剂的成本和时间稠密的后处置的需要。目前涉及多相催化反映中采用的涂壁式微通道布局设想都较为简单，常利用毛细管微反映器、管式反映器、蛇形反映器等，如图9 [15，65，68]所示。将来研究能够采用优化通道外形、添加概况布局、引入流动加强办法等手段提高传质效率、添加反映活性和选择性从而改善壁面负载式微反映器机能。壁面负载式微反映器的研究次要集中正在加氢反映和H 2O 2的间接合成上，将来能够将更多的研究留意力转向其他主要的多相反映，如液态无机物脱氢等反映中，拓宽壁面负载式微反映器的使用范畴。图9 常见涂壁式微通道布局：(a) 毛细管微反映器[65]；(b) 蛇形微反映器[68]；(c) 并行微反映器[15]微填充床做为目前研究工做中一种常用的新型非均相微反映器，普遍用于化学工业、石油化工、制药工业等范畴 [ 71-74]。填充床式微反映器可以或许承载大量的填料，供给了更大的反映概况积，有益于催化剂取反映物之间的接触和反映。这使得填充床微反映器正在液相、气相和多相反映中都有普遍的使用。此外，填充床微反映器的设想和操做较为成熟，能够满脚工业出产的要求，具备较好的可控性和可扩展性。微填充床中的气液流动次要有两种模式：以液体为从的段塞流和气体持续流 [75]。正在气液流量比相对较低时，液体笼盖颗粒间隙和大部门催化剂床，气体则以细长气泡的形式挪动，正在流过犯警则空地时可能会变形，构成段塞流。正在气液流量升高过程中，气液两相流流型向气相持续流改变。这个过程的改变受填充床前的上逛气液流动模式、催化剂颗粒尺寸和外形、填充方式、微通道曲径取颗粒曲径之比等要素影响。大大都正在填充床式微反映器中摸索的反映是正在液体从导的段塞流模式下进行的。Li等 [76]对微填充床中的甲烷水合物的构成和减压分化进行了可视化研究，尝试成果表白，分歧催化剂颗粒尺寸和分布等前提下所构成的甲烷水合物形态存正在差别，并察看到了水合物构成前后甲烷气泡的分布形态，如图10所示。图10 水合物构成前后甲烷气泡的分布形态[76]：(a) 水合物构成前；(b) 水合物构成后因为其微米级此外标准上易于实现杰出的传热机能，填充床式微反映器正在化学合成中具有很好的劣势。填充床式微反映器的内部通道曲径凡是低于1 mm，负载催化剂颗粒的尺寸凡是正在10~100 μm范畴内，流体和反映器之间传热面积大。反映器壁或催化剂因为变窄的微通道横截面而导致快速径向传热。同时填充床式微反映器中也能够显著提高传质速度，有益于实现高效、可控的化学反映过程。正在不异反映前提下，填充床式微反映器的总体积气液传质系数比保守填料床反映器中的传质系数至多超出跨越1或2个数量级 [77]，这种显著的传质加强对于提高气-液-固反映速度很是环节。填充床式微反映器正在相对暖和的反映前提下无效地进行高放热或快速气液反映具有很大的前景。涉及到填充床式微反映器的多相反映大多涉及氢的反映和氧化反映。Yang等 [78]设想了一种新型微流控芯片用于蒽醌法间接合成双氧水，尝试中利用甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇水溶液做为溶剂，成果表白甲醇是推进合成的最有益溶剂。Nieuwelink等 [79]设想了一种聚二甲基硅氧烷(PDMS)的填充床式微反映器用以阐发单个催化剂颗粒。通过监测亚甲基蓝的钯催化氢化反映进而对反映器中催化剂颗粒进行诊断，所设想的微反映器能够正在8 s内完成诊断。Al-Ri等 [75]正在硅玻璃微布局反映器中研究了三相微填充床反映器的流体动力学及其对纯氧催化苯甲醇氧化的影响。跟着气液比增大，苯甲醇的率和苯甲醛的选择性获得改善，正在部门润湿下能够获得优于保守玻璃搅拌反映器中93%的最择性。屠佳成 [80]操纵填充床式微反映器进行N-二苯基甲基氮杂环丁烷-3-醇的催化氢解尝试，研究表白所利用微反映器的机能是保守釜式反映器的100倍。若何处理填充床内部压差大、填充床内部容易发生堵塞是将来必需面临的挑和。取壁面负载式微反映器比拟，填充床式微反映器承载更藐小的催化剂颗粒、流体动力学更复杂、催化剂润湿节制较差以及催化剂内部传热机能较差，所以凡是会发生更大的压降。可是壁面负载式微反映器中催化剂不变性较差、易失活，且失活后催化剂改换坚苦 [81]。填充床式微反映器中可利用的催化剂及其使用的反映范畴更广，削减了设想涂层的步调，更易供给反映所需脚量活性催化剂 [82]。因为填充床式微反映器具有更高的催化剂负载能力，供给了更大的反映概况积，有益于催化剂取反映物之间的接触和反映。此外，填充床式微反映器的设想和操做较为成熟，能够满脚工业出产的要求，具备较好的可控性和可扩展性。因而正在现实反映使用中，选择壁面负载式微反映器仍是填充床式微反映器取决于具体的反映前提和要求。微反映器已逐步成为微化工范畴研究的环节，正在精细化工、医疗制药、农业出产等范畴具有庞大的潜力，其取气液多相催化反映的连系是实现化学出产过程中高效和可持续的主要手段。固体催化剂常以催化壁涂层或粉末状颗粒的形式固定正在微反映器中，由此开辟出的壁面负载式微反映器和填充床式微反映器正在各类多相反映中出庞大的优胜性。本工做对于涉及气液多相催化反映的微反映器手艺、微反映器中呈现的气液两相流以及常见的壁面负载式微反映器和填充床式微反映器的使用进行了综述总结。目前关于微反映器中气液两相流的研究次要关心常规反映器和微反映器的机能比力并显示出其正在微反映器手艺上所具有的使用劣势。然而对微反映器中的根本热质传送纪律及化学动力学之间的彼此感化方面的研究较少，缺乏从理论角度注释微反映器机能劣势的根据。此外，对于微通道内两相流动和传质特征的研究次要集中正在无反映或含体相反映的两相流动和传质过程方面，涉及气液反映物正在壁面催化前提下或催化颗粒填充前提下反映的气-液-固三相微反映器中的两相流动、界面行为以及物质传送和之间彼此影响的机理和纪律等方面的研究工做也很少。并且目前关于壁面负载式微反映器和填充床式微反映器的支流研究次要正在催化剂的制备、布局、反映所选择的溶剂等方面，采用的大多为布局简单的微反映器，缺乏对通道外形的优化、概况布局的设想。因而，需要进一步开展研究，深切摸索微反映器内的根本传送现象、化学动力学取传送现象之间的彼此感化。同时，针对气液两相系统下的多相催化微反映器，需要加强对两相流动、界面行为及物质传送和之间彼此关系的理论和尝试研究以便于更深切地舆解微反映器的机能，从而为微反映器设想和优化供给更靠得住的理论根本。欧世盛（）科技无限公司是以微反映持续流化学合成手艺及仪器设备，正在线检测、传感器及使用型从动化安拆为从的平台型手艺公司。 公司具有多学科的研发团队和使用研究团队，总部位于，使用研发部分FLOW R&D尝试室取大学等多所科研团队合做，为分歧业业用户供给强大的手艺支撑。欧世盛除了供给流动化学反映系统产物外，还供给更多办事：科研配备设想、研发外包、工艺优化、放大研究、设备工艺研究、细密制制、持续流工艺培训等。专注于过程的可扩展性和研究从尝试室规模转移到中试工场规模，供给多种用处的持续从动合成系统和嵌入式模块系统。客户和项目合做伙伴次要来便宜药、CXO、精细化工、催化剂、石油石化、新能源、半导体、国防军工、平安等范畴。