关注设备小型化 给力微化工

    反应器、分离器等化工设备是化工生产过程的硬件基础，与整个过程的安全、能耗和效率密切相关。总的来说，目前国际上化工设备的发展趋势呈现两极化，即大型化和小型化。

    大型化设备主要针对石化或 煤化工 等大化工过程，目前我国高性能的大型化工设备仍主要依赖进口，其研发生产自主化已经受到了各界关注。但除了大型化工企业外，我国还遍布着数以万计的中小型化工企业，适用于这些中小化企的小型化设备、微化工技术也应大力发展。

    由于人才匮乏和经费投入不足，我国中小化企普遍存在着化工过程技术和装备落后等问题，导致过程效率低、能耗高、污染重、产品质量差。特别是在新设备、新过程设计放大和过程调控方面存在许多问题，化工生产过程安全性也较差，难以适应可持续发展的需要。能否有效解决这些问题，已成为我国化学工业尤其是中小化企实现新型工业化和跨越式发展的关键。

    近20年来，化工过程强化技术的发展给相关化工行业注入了新的动力和活力。微化工技术兼具过程强化和小型化的优势，并以其传热传质性能优异、安全性好、过程易于控制和直接放大等特点，可显著提高过程的安全性和生产效率，快速推进实验室成果的实用化进程。正因为如此，微化工技术已经引起了学术界与工业界的高度重视，被认为是21世纪化工产业的革命性技术。

    目前，拜耳、巴斯夫、瑞士龙沙、 美国 康宁等公司已经相继成立了专门负责微化工技术的部门，研发并推广其微型化工设备产品。国内一些科研机构在微反应技术方面也取得了重要进展。如大连化物所开发的微通道反应技术已实现8万吨/年磷酸二氢铵生产的工业运行、5000吨/年氢氧化镁阻燃剂中试和万吨级石油磺酸盐生产的工业示范运行试验。清华大学化学工程联合国家重点实验室，成功开发出万吨级膜分散微结构反应器制备单分散纳米碳酸钙和15万吨/年湿法磷酸净化的工业装置。这些充分证明了微化工技术在工业规模应用上的可行性和优越性。

    在“十三五”时期，化工行业应更关注于提高过程效率，实现节能减排、绿色化和安全生产，在设备小型化和微化工技术方面应加快取得突破。

    在分离领域可优先关注两方面：一是设计具有新型高效分离效率的精馏设备内构件和分离填料;二是开发具有高透量、高选择性的新型膜分离材料。在反应器领域可优先关注微反应器、超重力等新型高效反应设备的开发与推广应用。对于微反应器而言，可重点针对精细化工领域开展应用示范研究，如传统化工技术的更新换代(包括传统反应设备难以实现的新的反应过程开发)，关注磺化、硝化、氯化、氧化、过氧化、酰胺化、重排等典型强放热和易燃易爆的气—液和液—液反应过程，以及纳米材料可控制备等。

    “十三五”期间，我们需加强力量攻克微反应技术难点，包括微反应系统的结构优化设计和先进制造技术、系统智能控制技术以及微反应器防腐防堵塞技术等。因此，需要加强微化学工程与技术的基础与应用基础研究，解决微化学工程与技术领域的关键共性科学问题。在国家层面上，应加大力度向企业推广微反应技术，以及其他可实现化工过程强化、过程安全和节能减排的先进化工技术。

    微化工技术的成功开发与应用将对整个化学化工领域产生重大影响。在“十三五”时期，微反应技术有望在精细化工、纳米材料以及基于微反应技术的新过程等领域获得广泛的应用。

    （作者：中国科学院大连化学物理研究所研究员  陈光文）