化学提高反应速率的方法范例6篇

化学提高反应速率的方法

化学提高反应速率的方法范文1

催化剂对反应速率的影响

前已述及,要使反应速率加快,可以提高温度。但对某些反应来说,升高温度常会引起一些副反应发生或者使副反应也加快,甚至会使主反应的反应进程减慢。此外,有些反应即使在高温下反应速率也较慢。因此,在这些情况下使用升高温度的方法来提高反应速率,就受到了一定的限制。而催化剂则是提高反应速率的一种最常用、也是很有效的办法。例如在常温下,氢和氧化合成水的反应速率是非常小的,但当有钯粉或105催化剂(是以分子筛为载体的钯催化剂)存在时,常温、常压下氢气和氧气就可以迅速化合成水。又如在硫酸生产中由SO2氧化转化为SO3的反应SO2+1/2O2=SO3,只要加入少量的V2O5作催化剂,就可以使反应速率提高数万倍。在化工生产中,使用催化剂的目的就是加快主反应的速率,减少副反应的发生,从而使反应能定向进行,缓和反应条件,降低对设备的要求,提高设备的生产能力和降低产品的生产成本。而某些在理论上可以合成得到的化工产品,由于没有开发出有效的催化剂,以致长期以来不能实现工业化的生产。此时,只要研究出该化学反应适宜的催化剂,就能有效地加速化学反应速率,使该产品的工业化生产得以实现。

浓度对反应速率的影响

根据反应平衡移动原理,反应物浓度越高,越有利于平衡向产物方向移动。当有多种反应物参加反应时,往往使价廉易得的反应物过量,从而可以使价格高或难以得到的反应物更多地转化为产物,以提高其利用率。反应物浓度愈高,反应速率愈快。一般在反应初期,反应物浓度高,反应速率快,随着反应的进行,反应物逐渐消耗,反应速率逐渐下降。提高浓度的方法有:对于液相反应,采用能提高反应物溶解度的溶剂,或者在反应中蒸发或冷冻部分溶剂等;对于气相反应,可适当加压或降低惰性物的含量等。对于可逆反应,反应物浓度与其平衡浓度之差是反应的推动力,此推动力愈大则反应速率愈快。所以,在反应过程中不断从反应体系取出生成物,使反应远离平衡,既保持了高速率,又使平衡向产物方向移动,这对于受平衡限制时反应,是提高产率的有效方法之一。

压力对反应速率的影响

一般说来,压力对液相和固相反应的平衡影响较小,所以压力对液相和固相反应的影响不大。气体的体积受压力影响大,故压力对有气相物质参加的反应平衡影响很大。压力对反应速率的影响是通过压力改变反应物的浓度而形成的。从反应动力学可知,除零级反应的反应速率与反应物浓度无关外,各级反应的速率都随反应物浓度增大而加快。因此,对于气相反应而言,也可以通过提高反应压力使气体的浓度增加,达到提高反应速率的目的。需要指出的是,在一定压力范围内,加压可减小气体反应体积,且对加快反应速率有一定好处,但效果有限,压力过高,能耗增大,对设备要求高,反而不经济。惰性气体的存在,可降低反应物的分压,对反应速率不利,但分子数的增加有利于反应平衡。以上涉及的反应主要是单相反应。对于多相反应来说,由于反应总是在相和相的界面上进行,因此多相反应的反应速率除了与上述几个因素有关外,还和彼此的相之间的接触面的大小有关。例如,在生产上常把固态物质破碎成小颗粒或磨成粉末,将液态系统淋洒成线流、滴流或喷成雾状的微小液滴,以增大相间的接触面,提高反应速率。此外,多相反应还受到扩散作用的影响,因为加强扩散可以使反应物不断地进入界面,并使已经产生的生成物不断地离开界面。例如煤燃烧时,鼓风比不鼓风烧得旺,加强搅拌可以加快反应速率。这都是由于扩散作用加强的结果。

化学提高反应速率的方法范文2

关键词:化学实验;优化整合;反应速率;高三复习

文章编号:10056629(2014)3004103 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

1 设计思想

关于化学核心知识与化学学科意识,高剑南教授提出了八条,其中两条是:化学反应是化学研究的中心问题;提高反应速率是实现化学反应的关键因素之一[1]。说明化学反应速率在化学学科中有着重要的学科价值和社会价值。从学科价值看,反应速率是属于化学动力学范畴的内容,是中学化学重要的理论知识之一,是理解化学平衡移动的基础,它前后还联系了元素化合物的性质、电化学、物质合成实验等知识。同时,化学反应速率还是进行“定性和定量”、“控制变量法”科学方法教育的有效载体,它包含着化学学科中重要的“变化观”、“能量观”、“实验研究法”等核心观念。从社会价值看,化学反应速率的问题在生活生产中的应用俯拾皆是:食品的保存和变质、金属制品的使用和防腐、加酶洗衣粉的高效净化、工业生产的效率和效益、化石燃料的形成、生活垃圾的降解等等。因此,对这部分内容的复习,教师应揭示其背后蕴含的学科观念和方法论,并展现化学学科在生活生产中的应用实例。

既然,事物的发展是“内外因共同决定”的,那么在内因确定的情况下,外因就成为可调控的唯一因素。宋心琦先生曾说过:物质体系的性质是多因素的函数[2]。这么多变量的调控下,到底结果会怎样?实验是最权威的答案。教学中,教师非常有必要引导学生利用实验的手段去分析各种具体问题。

复习课上,实验除了回顾旧知外,还兼具情境创设,促进学生知识迁移,培养学生解决实际问题的能力的功能。对实验进行优化整合,从实验体系三要素(研究体系、仪器和操作)的选择,再到实验机理的分析讲解,最后是实验结论的应用延伸都是提高复习课效率的关键环节。基于“化学反应速率”复习课的教学目标,笔者选用了“草酸与高锰酸钾反应”这一化学体系进行优化整合,从教材经典实验回顾,到反应速率的实验方案探索,再对实验数据的绘图和分析,最后是实验原理的解析和应用,努力促成学生主动参与到知识的探索中,体验知识的建构过程,训练化学特有的研究方法和思维方式,形成核心的化学观念。

2 教学过程

2.1 回顾经典实验,厘清知识脉络

[投影]《化学反应原理》(苏教版第37页)“影响化学反应速率的因素”实验:

原理:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2

内容:将三支盛有相同高锰酸钾溶液和草酸溶液的试管分别置于冷水、热水和常温下,观察实验现象。

师:结合以上实验,请同学回顾哪些变量可以用来描述化学反应速率?它有哪些影响因素?

[整理]化学反应速率的概念、表达方式、影响因素。

2.2 问题驱动,加密思维

为了让学生更清晰地观察实验现象,教学中使用了实物投影仪,反应容器选用了培养皿。

(1)试计算0~4 min、4~8 min时段的高锰酸钾反应速率并填入表格空白处。

(2)若用H2C2O4表示0~4 min的平均反应速率,ν(H2C2O4)= 。

(3)以下表示的反应速率中,你认为速率最大的是哪一项,并说明判断理由。

A.ν(KMnO4)=0.14×10-4 mol・L-1・min-1

B.ν(H2C2O4)=0.25×10-4 mol・L-1・min-1

C.ν(KMnO4)=0.10×10-4 mol・L-1・min-1

[小结]

①同一化学反应中,用不同物质的浓度变化所表示的速率,其数值之比等于方程式化学计量数之比。

②一段时间内某物质的化学反应速率是平均速率而不是瞬时速率。

③比较同一反应中不同物质的反应速率快慢要注意转化。

师:为使数据更直观地呈现,结合速率随时间变化的数据,我们可以建立“速率―时间”坐标,通过速率描点,以直观呈现“速率随时间”的变化趋势(如图1)。

[问题2]请同学们观察以上“ν-t”变化图,试分析反应速率随时间变化特点,并推测可能的原因。

生:开始速率随着时间变化而逐渐增大,反应一段时间后速率随着时间变化而逐渐减小。

师:那可能是什么因素导致速率发生如此变化?能否设计实验方案进行证明?

生:开始一段时间速率增大的原因:①可能是该反应是放热反应,导致溶液温度升高,使反应速率加快。验证方法:测定反应过程的温度变化。②可能是生成物对反应有催化作用。反应一段时间后,由于反应物浓度逐渐减小,速率逐渐减小。

师:实验2说明什么问题?

生:试管内溶液温度无明显变化,说明开始一段时间反应速率的增大不是由温度升高引起的。

师:如果反应速率的增大是由生成物的催化作用引起,那么起催化作用的物质又是什么呢?

生:起催化作用的应该是Mn2+。

师:你是如何推导的?该如何证明呢?

生:因为只有Mn2+是新生成的,可以设计对照实验加以证明:取两份草酸和酸性高锰酸钾混合液,向一份中加入2滴硫酸锰溶液,另一份中加入2滴水,比较两溶液褪色速度。

师:为何在一份溶液中加入2滴硫酸锰溶液的同时,要在另一份溶液中加入2滴水?

生:这样才可以保证各反应物浓度的相同,排除浓度对反应速率的干扰。(因学生的精彩回答,迎来其他同学热烈的掌声)

师:很好,分析相当到位,实验设计也非常严谨。但老师想用更简单的方法,请大家注意观察下面的实验现象。

[实验3]往实验1已褪色溶液中加入2 mL KMnO4(H+)溶液。KMnO4溶液的紫红色快速褪去。

师:该实验能证明反应速率的增大的原因吗?为什么?

生:可以,因为实验1已褪色的溶液中含有Mn2+,可以证明反应速率增大是由Mn2+的催化作用引起的。

此时有一学生质疑:“老师,实验1中的H2C2O4溶液是否过量呀?”

师:你的想法是对的。根据这一想法能说明既然有Mn2+的催化影响,但反应一段时间后,速率为何又随时间的变化而逐渐减小呢?

生:因为反应一段时间后,反应物浓度逐渐减小对反应速率的影响占主导地位,反应速率又逐渐减小。

师:可见,有多因素影响反应速率时,在不同阶段,其“主导因素”是不同的。在科学研究时,可以使用实验的手段,同时还要注意控制变量。除了上述的影响因素外,大家认为还有其他方法改变一个化学反应的速率吗?

生:有物质本身的性质,还有改变浓度、压强、光照、反应物接触面积大小或组装成原电池等。

师:很好,今后大家还可能会认识到影响反应速率的其他因素。事实上,任何事物的发展亦是如此,都是内外因共同决定的结果。比如,地球上化石燃料的形成,就是自然地理环境中诸多因素的合力。所以在认识任何事物时,我们要学会全面周到地考查分析,学会透过表象看本质。

……

3 教学反思

这是笔者在温州市高考化学备考研讨会中执教的一节复习课片段。作为高三一轮复习,本节课突破了传统教学中为“巩固知识”而设计教学步骤的做法,从“能力立意”的新理念出发,通过实验的优化整合、问题的有效设计,诱发学生积极思考;通过教师有效引导,让学生在问题和实验的探索与交流中进行有效的学习,达到复习、巩固和加深理解化学反应速率有关知识的目的,实现学生思维能力的培养。下面笔者就本节课的教学,谈几点想法。

3.1 重视实验优化与整合

在本节复习课中,以高锰酸钾溶液与草酸溶液的优化实验为教学主线,既达到梳理旧知的目的,也利用新情境中的问题解决训练了学生获取信息、分析信息、综合应用知识的能力,培养了学生的化学探究能力、化学思维方式和化学学习方法。

3.2 渗透“内因和外因的辩证关系”

宋心琦先生曾说过:绝对正确的唯一答案,只存在于目前的习题、考题和竞赛题之中[3]。就一个反应的速率来说,可能的影响因素有很多,只有实验才是最权威的答案,当然实验结果的测定还依赖于科技的进步。本节课中,利用简单的实验素材、鲜明的实验现象和“控制变量法”的方法来验证反应速率的影响因素,并结合对实验数据的绘图和分析,培养学生大胆假设、科学论证的思维方式,感悟“事物的发展是受多种内外因素影响”的哲学思想。

3.3 塑造“互动”的课堂

教学是要在“对话”中进行的,包括师生对话、生生对话。学生的头脑不是一个被填满的容器,而是需要被点燃的“火把”。教师的责任就是点燃“火把”,让他们燃烧。一旦燃烧开始,那么课堂就会充满乐趣,洋溢激情和创意。

参考文献:

[1]高剑南.试论化学核心知识与化学学科意识[J].化学教学,2004,(3):1~2.

化学提高反应速率的方法范文3

关键词: 自主知识构建 化学反应速率 有效课堂

“有效课堂”是当前中小学教学研究中非常注重的研究内容,其概念包含极其丰富的内涵。笔者认为,教学的“有效”其根本在于“课堂”教学,由此,联想到了一直以来都在思考的一些问题:为什么学生总是“课堂上一听都懂,课后一做(题)就不会”?为什么我们(老师和学生)都感觉现在的高考化学试题越来越难做?为什么“老师教的累,学生学得苦”?老师和学生能不能都少做些无用功?……这些问题的解决还是要在课堂上下足工夫,做好教学设计,把课堂教学做扎实,也许“活力”或“有效”可能在不经意间就有了。很多老师在日常教学中,教学流程一般都是这样设计的:备课前先做课后作业题集(或历届高考题)中的习题,然后,根据习题集(或历届高考题)中反映的知识内容和难度确定教学目标,从而再行选择教学流程……而对于许多有经验的老教师,甚至这个环节也基本省略了,几乎完全是依赖教学经验在设计教学。这种依据教学经验和考试题进行教学设计的现象,恐怕也是许多老师备课时比较普遍的现象。

以下是苏教版高中化学选修4《化学反应原理》“化学反应速率的表示方法”学习内容的课堂教学与反思,本节课例是基于对“有效课堂”的认识而实施的教学实践案例,其设计理念核心思想在于:引导学生主动参与到学习过程中,积极主动构建知识体系,而不是被动地接受知识,让学生真正成为学习者。

1.教学设计思想

化学反应速率概念的建立及相关计算方法是本节课的教学重点,但对于学生来讲,这两个知识点的学习掌握并不难。基于“自主知识构建”的教学理念,本节课的教学重点侧重于充分利用好教材资源,围绕科学探究要素,重视过程与方法,促使学生掌握科学方法,提高化学科学素养。

2.教学目标

2.1了解化学反应速率的概念;

2.2能定量表示化学反应速率,能利用速率计算公式正确分析实验数据;

2.3了解化学反应速率的测定方法,通过实验测定某些化学反应的速率。

3.教学设计片断

[教师活动]讲解:刚才大家计算的是在10min内的平均反应速率。当时间间隔Δt非常小时,可求得化学反应在某一时刻的瞬时速率。瞬时速率也可以由物质的浓度随时间的变化曲线通过数学方法得到。

[教师活动]转引:对于同一反应来讲,反应速率既可以用单位时间内反应物浓度的减少表示,又可以用单位时间内生成物浓度的增加表示。那么,用不同物质浓度的变化表示反应速率之间存在什么关系呢?请大家在完成课本第33页“交流与讨论”的基础上加以总结。

[教师活动]请完成学案上的课堂巩固练习(练习题略)。

[教师活动]讲解:要测定化学反应速率,必须测定某一时刻物质的浓度,但物质的浓度并不易测定,一般要通过间接手段才能测定。请大家阅读课本第34页相关内容并完成“活动与探究”,学习测定反应速率的实验方法。

[学生活动]通过探究活动,学习通过测定气体体积的变化测定化学反应速率的方法。

[教师活动]总结:除了通过测定气体的变化测定化学反应速率之外,通过比色法测定化学反应的速率也是一种常用的方法,比色分析一般在分光光度计中进行。

还有一些测定化学反应速率的方法,请大家课后查阅相关资料,列举两种其他的测定化学反应速率的方法。

4.教学反思

本节课传统的教学流程主要是强化化学反应速率概念及注意事项的教学,在此基础上通过相当数量的典型习题重点训练学生对于化学反应速率的计算。实践证明,就考试要求本身及知识点的完成和“落实”而言,这种教学设计更加简洁、更直接,操作上也更便捷,学生课后对于化学反应速率这一类习题的掌握还是比较理想的。然而这个教学设计及教学过程缺少了学生的学习过程与积极参与知识体系构建的过程,忽视了教给学生科学的学习方法、提高学生的化学科学素养,课堂气氛沉闷,学生感觉“没意思”,对概念的理解及对知识的掌握基本都是通过反复的习题强化训练实现的。

基于对新教材及课改精神的理解,依据本节课教学设计思想及教学目标,本节课的重点在于重视引导学生主动参与到学习过程中,自主构建知识,而不是被动地“记录”知识。例如对于“化学反应速率是该化学反应在某个时间段内的平均速率,在不同的时间内,化学反应的速率可能不同”及“用不同物质浓度的变化来表示的化学速率之比,等于化学方程式中化学计量数之比”的理解,并不是知识的直接呈现,而是学生在教师的引导下经过实验及数据的数学分析获得的。学生在这个学习过程中,不仅有效地掌握了这些重要知识,而且体验了对于一个化学反应快慢的定量分析过程,并学习了对实验数据的数学分析方法。因此,应当引导学生主动地参与到学习过程中,积极自主构建知识体系,而不是被动接受知识,“自主知识构建”才是“有效课堂”的核心精神。

参考文献:

化学提高反应速率的方法范文4

【关键词】 化学反应速率;影响因素

现我就结合我多年的教学谈点我个人的理解。

影响化学反应速率的因素可以分两方面来理解。内因和外因两方面。内因指的是参加化学反应物质本身的性质,而外因是指温度、压强、浓度、催化剂、光辐射、超声波等都属于外因。下来我具体谈一下这两方面是如何影响化学反应速率的。

内因既物质本身的性质。不同的化学物质由于化学性质存在差别,化学反应的快慢自然也就不同了。我们在学习碱金属的时候知道,锂、钠、钾、铷、铯、钫的化学性质有较大差异的。锂到钫活泼性在增强。如果用相同状态的金属钠和金属钾与相同的水反应时,它们的速率就不同。金属钾的反应速率要比金属钠的要快。这一事实就充分说明参加化学物质的性质对化学反应的速率的影响。既参加化学反应的物质性质越活泼,反应就越快。

外因是指温度、压强、浓度、催化剂等因素的影响。

温度越高化学反应越快,温度越低化学反应越慢。这适应所有的化学反应。那为什么温度越高化学反应就越快呢?我们知道温度升高,一方面参加反应的化学物质就能获得更多的能量,分子的运动速度提高,参加反应的物质分子间的碰撞频率就会提高,反应速率也就会提高。另一方面,参加反应的物质分子获得搞得能量后变成了活化分子,从而提高了活化分子的数目,那么分子间的有效碰撞就会增多,化学反应速率也会提高的。例如,我们吃的食物,夏天要比冬天时腐败变质的速率快一些。再比如说氢气和氧气在常温下,它们是不反应的,但点燃的条件下它们能剧烈的反应。这些都说明了温度高反应越快。

浓度增大,化学反应速率加快,浓度减小化学反应速率降低。那又是为什么呢?这是因为,当浓度增大时,此时活化分子的百分数并没有变化,但反应容器里的反应物分子数会增多,活化分子数也就增多。这样,化学反应的速率就会提高了。那反之,化学反应速率就降低。这样的例子很多,如我们看到用锅炉里的燃煤,用鼓风机鼓风后燃烧的比不鼓风时烧得更旺。这是因为鼓风后氧气的浓度增大了。还有我们在在做制氢气的实验时,浓度大的盐酸和锌反应放出氢气的速度要比浓度小的盐酸和锌放出氢气的速度快。这些例子都是在增大浓度时,使参加反应的反应物分子数增加,活化分子数增加,化学反应的速率就加快了。

压强对化学反应的影响是对有气体参加或生成的化学反应而言的。如果化学反应中没有气体参加或气体生成,那压强的改变对化学反应速率无影响。例如,把氧化钙固体放入水水中,反应生成氢氧化钙。对于这个反应改变压强,化学反应的速率是不会发生改变的。如果化学反应中有气体参加或生成,改变压强,化学反应速率又是怎么改变的呢?如果改变压强后反应容器内参加反应的各物质的浓度发生改变,化学反应的速率会改变;压强改变没有影响到参加反应的各物质的浓度,那么化学反应的速率就不变。例如,在一个密闭的反应容器中,氢气与碘蒸气反应生成碘化氢气体,如果使容器的体积变为原来的一半,其它条件不变,那化学反应的速率就会增大。这是在减小容器的体积时,容器内的压强增大,而各物质的浓度也增大,反应速率就加快。反之,压强减小,各物质的浓度减小,化学反应速率就降低。

催化剂能加快化学反应速率。因为催化剂可以降低反应的活化能。活化能降低后,本来不是活化分子的反应物分子,也能成为活化分子。活化分子数增多,反应物分子间有效碰撞的几率就会增加,化学反应速率就会加快。例如,用加热氯酸钾的方法来制氧气时,不加催化剂二氧化锰产生氧气的速度很慢,但加入催化剂二氧化锰后,化学反应的速率明显加快。

影响化学反应速率的外因还有光辐射、电磁辐射、超声波等因素。高中阶段主要掌握温度、压强、浓度、催化剂对化学反应速率的影响。

化学提高反应速率的方法范文5

嘉积中学 蔡素琴

07年高中化学优质课的评比活动如期而至。带着几分紧张与期待,我终于完成了比赛,作为年轻的教师,我更多的是怀着学习的心态来参与这次活动的。在观看了部分老师的精彩展示后,特别是听了专家评委们的精彩点评后,感觉思路豁然开朗了许多,对课堂教学有了进一步的认识,通过这次活动真的是成长了许多……,下面我就本节课的教学反思几点。

1、教学设计。这节课的内容取材于人教版《必修2》和山东版《必修2》的化学反应速率这一节内容整合,主要了解化学反应速率的概念及影响因素。根据学生的知识水平与生活经验,结合教学内容特点及地位作用,我将教学内容分为两方面:一是知识内容,包括有概念教学,了解其影响因素等;二是学习方法,如对照实验,成果分享,感受研究化学问题的一般程序与方法等。以此为教学目标,使我在教学设计方面会更具有目的性。

化学提高反应速率的方法范文6

关键词:微化工技术;过程强化;微反应器

中图分类号:TQ03

20世纪90年代初兴起了一种多学科交叉的科技前沿领域,这一领域就是微化工技术。微化工技术将化学化工原理和微机电系统结合,这种高新技术移植了微传感器制造技术和集成电路,涉及到的学科和技术十分广泛,包括化工、物理、化学、机械、控制学、电子和材料等。微化学工程研究的主要内容是几百毫秒和几百微米以内,并行分布系统和化工微设备设计、模拟、生成和应用过程中的特征和规律。微反应技术具有较强的传质和传热能力,能够大大提高能量和资源的利用率,提高单位体积的生产能力。因此,发展微化工技术具有重要意义。

1过程强化原理

化工过程中,本征反应动力学和传递速率各自控制或共同控制该过程中的化学反应。对于快速和瞬时反应,当该反应在传统设备中进行是,传递速率控制该反应,在微尺度反应系统中,由于传递速率提高了几个数量级,因此,反应速率也会得到大幅度的提高。对于慢反应而言,主要由本征反应动力学控制该过程,因此想要提高慢反应的反应速率,就必须提高本征反应速率,一般情况下,可以采用改变工艺操作条件和提高反应温度等方式来提高其反应速率。对于中速反应,由传递速率和本征反应动力学共同控制,可以采用提高慢反应速率的措施来强化该过程。目前,工业应用中的烃类硝化反应大部分都属于中慢速反应,可以采取提高反应温度和改变工艺条件两种方式加快这些反应的反应速度。综上所述,我们可以知道理论上任何反应都能够通过采取不同的措施进行强化。

2微化学工程与技术发展现状与趋势

20世纪50年代末,物理学家Richard Feynman指出,未来科学发展的方向是微型化。纵观半个多世纪的科学技术发展概况,我们可以看出微型化的确是科学技术发展的一个重要趋势,尤其是信息技术和微机电系统这两种技术,这两种技术已经应用到各个领域,对社会的发展产生了很大的影响。

20 世纪 80 年代初,Tuckerman 和Pease 提出了“微通道散热器”概念,这一概念成功解决了大规模化和超大规模化集成电路散热困难问题。

1993年,DuPont 公司应用微电子技术制造了首个芯片反应器,这反应器能够用来生产氰氢酸、异氰酸甲酯(MIC) 等有毒物质。

3国内研究工作进展

2000年,我国开始研究微化工技术,到目前为止,也取得了不少成果。经过十多年的发展,我国已经形成了一套完整的研发体系,为微化工系统的设计和工程放大奠定了良好的基础。

3.1微型氢源系统

作为未来电动汽车、潜艇的最佳候选电源,质子交换膜燃料电池在很多领域都广阔的应用前景。但是,质子交换膜燃料电池离技术商业化还有一定的距离,这是因为质子交换膜燃料电池的发展受许多因素的限制,其中,氢源技术就是影响其技术商业化的重要因素之一。这是因为氢气的分配、输送和储存困难,无法满足不同规模燃料电池的需求。而通过重整富氢燃料,比如醇类和烃类等,移动或现场制氢为燃料电池提供氢气,通过这种方式制取或运输氢源具有易于输送、能量密度大和能量转换效率高等优势,是提供燃料电池氢源最现实的途径。

大连化学物理研究所研究出了给千瓦级质子交换膜燃料电池提供氢源的微型氢源系统,该系统集成了微换热、甲醇氧化和原料汽化等子系统。该系统目前已经有产品应用与高校的教学中,我们可以设想不久的将来,该系统完全有可能应用到实际应用中。

3.2微混合技学术

很多的化工过程都是强放热快速反应过程,这些过程主要由传质和传热过程控制,微混合技术具有快速高效混合特性,采用这种特性,能够强化和微型化这些过程。大连化学物理研究所研究了单微通道内的传质、混合和流动等,多通道的多尺度结构和流体均布技术的设计,微混合系统的制造、封装和集成等。2007年9月研制出的微混合系统已经成功的投入到工业生产中,进行试运行。微混合系统具有混合、换热效果好、操作稳定等优势,同时其运行的噪音也非常小,还具有无振动等优点,这些优势都是传统工艺无法比拟的。该系统的成功应用,必将推动微化工技术在工业中的广泛应用。

3.3芳烃硝化反应

由于化学工业中的许多反应都是强放热过程,因此爆炸危险普遍存在,而且我国的装备和技术都比较落后,导致化学生产过程中安全性较差。

由于有机物硝化是一种快速强放热反应,因此,如果有机物硝化产生的热量不能够及时移出反应体系,则很容易引起爆炸,带来危险。以往硝化反应一般都在带冷却夹套的搅拌斧式反应器中进行,这种反应器的换热面积小,传热速率低,只能通过降低反应速率来避免因热量积累导致的危险,因此,传统硝化反应的反应时间长。

中国科学院大连化学物理研究所利用微反应器所具有的高效传热、传质能力,进行二硝基氯苯和二硝基甲苯的合成实验,硝化反应时间仅小于5 s,可实现该反应过程强化和微型化。

3.4纳米材料合成

清华大学化学工程联合国家重点实验室借鉴膜乳化技术 ,按多个微通道串并原理,设计了膜分散式微结构混合器,开展了均相及非均相 (液-液、气-液)体系的微尺度混合与分散、微尺度传质及微反应过程的应用基础研究。2005 年成功开发了万吨级的膜分散微结构反应器制备单分散纳米碳酸钙的工业装置。

4结论

由于微化工技术的研究初期主要在高校和科研机构的实验室研究,产业界虽有关注但介入不多,因此对微化工系统的放大和集成技术的研究机会少,大大减缓了微反应技术的实用化进程。经过 10 多年的研发与宣传推广工作,目前微化工技术已处于应用前夜。国内开展微化工技术的研究时间短,若能在研究初期就与产业界合作,可以加速微化工技术的产业化进程,在过程放大和系统集成方面积累经验,形成具有自主知识产权的专利技术。

总而言之,新时期化学工业面临着前所未有的机遇和挑战,微化工技术的发展和应用将会降低能耗,提高化工设备性能,节约体积,将会给化工技术和设备制造领域带来很大的改变,还会对人们的生活带来很大的影响。

参考文献

[1] 李金鹰,王勋章,赵英翠,陆书来,刘长清. 微化工技术的研究与应用[J]. 化工科技. 2011(01)

[2] 骆广生,王凯,吕阳成,徐建鸿,邵华伟. 微反应器研究最新进展[J]. 现代化工. 2009(05)