微流场反应技术及装备

01 项目负责人介绍

郭凯，万博体育bet 副校长，生物与制药工程学院教授、博士生导师，长期从事绿色化工、生物质化工领域研究，着重于：1）微流场技术（微化工技术）研究，开展微流场技术工程应用研究、工艺过程开发、装备开发研究，成功突破了微流场技术的规模化工程应用瓶颈；2）生物基材料研究，重点研究生物基聚氨酯、生物基尼龙、生物基聚酯等生物基材料和生物基无毒增塑剂、生物基固化剂、生物基增稠剂等生物基材料助剂。

02 项目简介

安全和环保已成为当代化工发展的两大瓶颈。传统釜式间歇生产持液量大、转化率低等问题，导致化工生产安全性偏低、排放和泄漏严重，安全环保事故频发，使众多化工企业和园区面临停产。

微型化已成为现代科技进步的一个新模式和重要趋势，化工过程微型化将有望在保持相同生产速度和产量的情况下，大幅减小化工设备尺寸，从而降低生产成本，提升过程安全性。微流场反应技术是指在在微米或亚微米尺寸下进行化学反应和化工分离过程的技术。微流场设备的小尺寸、大比表面积、流动有序等特征赋予微流场反应技术独特的技术优势：（1）微流场反应技术中的尺度效应可以实现传质传热速度的1-3个数量级的提升，从而提高反应速率及转化率；2）物料的实时在线反应量较小，过程易于控制，因此可实现苛刻反应条件的精确控制，适用于高危险性工艺的控制；3）其连续流特征和对传质传热的强化，可有效提升产物的选择性；4）其连续流特征和数增式放大模式，非常易于工程应用转化（图1）。因此，微流场反应技术被视为新一代高效合成技术，为解决目前化工过程中存在的过程安全性差、污染排放重、反应速率慢、产物选择性低等问题提供了良好方案。

图1

微流场反应技术的工业化应用是该技术从实验室走向产业化的关键，尽管目前有一些产业转化的研究报道，但是复杂反应体系的大当量（百吨/年以上规模）工程应用仍旧是此领域亟待突破的技术瓶颈，而造成这一限制的主要原因在于经典特征尺度下实时通量过低，难以兼顾保留时间和反应当量。

03 技术优势

1、原创性地提出基于流场结构优化的微尺度效应调控方法，开发系列具有自主知识产权的流场结构（图2），在保证微尺度效应的同时，将流场边界尺度有效拓展至厘米级别，单通路通量从毫升/分钟提升至万吨/年，突破尺度外扩与微尺度效应难以同步保持的技术瓶颈，在国际上率先实现MFS技术在复杂有机化工体系中的万吨级应用。

开发系列高匹配型单元器件；构建装备研制与工艺开发相协同的装备研发新方法，研制系列大通量、低成本、高匹配型微流场工程装备，具有良好的工艺匹配性、宽泛的停留时间（数秒至20分钟），单台套装备通量是进口设备的10倍以上，设备投资由进口设备的万吨产能约5000万降低为不足100万，为MFS技术的应用推广提供了硬件基础。

图2 EFAME的微流场工程化工艺及装备开发

2、研究多尺度下在线调控和匹配机制，实现微流场中反应-反应、反应-分离、微流场反应-釜式反应系统集成，强化光、电、微波等多元化外力场与微流场的耦合（图3），拓展MFS技术应用范围，构建精细化学品产品工程。

图3 基于单元过程特征的微流场系统集成

04 技术应用情况

基于MFS技术的精细化学品产品工程构建了包括材料助剂/单体系列、医药/农药中间体系列、高附加化学品系列的精细化学品产品工程。结合校企合作，先后进行了四十余个产品的新工艺开发（图4），重点突破了相关产品的生产安全性差、精细化工的污染排放重、医药中间体的品质要求高等技术难点。

图4 基于MFS技术的精细化学品产品工程

图5 项目装备研制工作

05 项目状态

产业化应用

06 合作方式

技术转让、技术开发、技术咨询、技术服务、技术入股

07 联系方式

团队联系人：季栋 18913388248