桌面工厂

    【科普小博士】

    在现代社会中，全人类的衣食住行都与化工制品息息相关，为了满足人类对化工制品不断增长的需求，全球化工厂的数量不断增加，规模也不断增大。提起化工厂，人们就会想到庞大的储罐、耸立的高塔和烟囱。科学家除了不断完善这样的庞然大物之外，还在打造化工生产的袖珍王国。

    从20世纪90年代开始，化工科学家就在实验室的微米通道内进行化工过程的研究，开启了实现“桌面工厂”的梦想之旅。如今，在现代加工技术的促进下，各式各样的微加工技术已经较为成熟，一些微反应器、微混合器、微换热器，小到可以放在手心中。按照化工过程的基本原理将各种微化工设备按照串并联方式的组合就构成了完整的微化工系统。

    在微小空间内，能否完成大规模的物质转化和加工？科学家发现在微尺度条件下，反应体系内的液滴和气泡都变得很小，能够极大地提高接触的面积，缩短传输的距离，因此物质的混合和传递效率可以成百上千倍的增加，从而大幅度提高物质转化的效率，这也就为小设备大产能的实现提供了科学基础。

    当然对于大宗化学品的生产而言，化学工程师还需要解决微型设备放大设计和系统集成的问题。微化工设备的放大采用的是与集成电路设计类似的数量放大方式，简单来讲就是将许多的微通道并联在一起运行。在科学家和工程师的共同努力下，目前单台微化工设备的年产能已经可以达5万吨/年。在粉体和磷酸等化工产业实现了少量的工业应用。

    微化工技术作为桌面工厂梦想之旅的核心，目前还处于实验室开发阶段，要实现微化工技术的大规模产业应用，还有大量的基础研究要做，需要不断深入揭示微尺度条件下的科学规律，发展微结构设计、系统集成和优化等方法，针对开发微尺度条件下的新工艺和新过程，以满足化工体系复杂性的要求。

    微型化提高了工作效率、降低了生产成本、缩短了研发周期、更改变了人类对于科技发展的认识。沿着微化工的发展思路，在不久的将来，这种一个基于微化工技术、功能高度集成、体积大幅缩小、高度智能和自动化的现代化工基地，将会成为现实。出现在我们面前，创造出更加美好的生活。

    （作者为清华大学副教授）