谁会想到上世纪七八十年代Colin Ramshaw先生及其团队在ICI公司就开始实际探讨“工艺强化”的方法？在那时候，他们开始考虑如何将设备和系统的尺寸降低几个数量级。今天，一套系统或一台设备的绝对尺寸并不是唯一的问题。强化工艺流程的真正目的在于提高空间／时间效益、改善可选择性和降低整体生产成本。ACHEMA2006展览会将于5月15～19日在德国法兰克福举办，届时将会提出新的战略和实际解决方案。

在强化工艺流程的工具包中，毫无疑问，降低尺寸仍然是一个很重要的战略因素（微型工艺流程技术）。然而，硬件、各种器具或任何其他元件并不是所要考虑的主要因素。真正的焦点集中在功能上，例如作为一个操作单元的热交换，而不是集中在每一系统工程的热交换器上。从本质上来说，其目的是为了鉴别普通材料和热传导系统的局限性，过程技术与工艺然后设法克服这些局限性。

更好、更快、更安全

工艺强化可以针对全新的反应器和新技术，以便能够从本质上提高空间/时间效益，降低与反应器和管道有关的费用。

然而，要区分“工艺强化”、“工艺优化”和“工艺集成”之间的差别却十分困难，实际上它们之间存在着明显的差异。工艺强化是一种战略，而另外两个术语则属于工具的范畴（是硬件）。重要的是要在正确的时间、正确的地点获得离析物和产品，并有效地控制热传导和材料的运输。

在Degussa公司工作的Henrik Hahn先生解释说：“强化具有革命的意味，而不是进化。”他和他的团队并不是要设法解决他们所熟悉的瓶颈问题。相反，他们的目标是要使其达到量的飞跃，在理论方向上最大程度地改变工艺流程的效率，或将工艺流程引入到一个全新的发展方向。

BASF公司的Otto Machhammer先生看出了方式方法上的不同之处。工艺强化战略随着目标的深远程度而发生变化。如果需要将反应器尽可能地缩小，那么最好的答案就是采用微型反应器。如果目标受到业务的驱使，那么就必须重视整个工艺或整个形势，包括原材料、能源流向、人员要求以及后勤服务等问题。问题需要采用不同的方式确定，各学科之间共同努力合作才是取得成功的关键。

IMM (Mainz微型技术学院)采用了更加具体的定义，工艺强化就是要力争：

■　更好（更高的产量和/或选择性）；

■　更快（提高空间/时间的效率）；

■　更安全和更舒适的环境（工艺流程系统中没有任何高风险的绿色化学工程）；

■　更高成本效益（较低的投资费用和／或较低的总操作费用）。

由于工艺强化具有如此强大的发展潜力，DECHEMA专门设立了一个“工艺强化组”，共有来自工业界和科学界的135个成员，这反映了人们对这一技术的高度关注。该组织确信提高化学和生物技术工艺流程的经济效益和生态效率需要付出“新的努力，其成果将远远胜于我们过去所看到的那种工艺优化。”

工艺强化工作组将焦点集中在国家级的活动上，并将德国作为联络点，与国际团体建立联系。该组织计划与荷兰和英国以及与EFCE的“工艺强化”工作团体进行密切合作。

升级胜于扩大规模

实际发生了什么变化？尺寸缩减到毫米级或微米级范围。随着尺寸的缩减，热传导和材料运送方面也大大得到强化。其表面与体积之比和特定相边界，使微型结构设备的功能增加到几千m2/m3的水平。例如，体积不大于一块方糖的微型热交换器可以提供一个家庭所需的全部热能。

采用新的升级方式可以消除扩大规模所带来的风险，这给工艺强化带来了很大的好处。微型系统往往以实验室所提供的最佳参数运行。多比例系统是这一方式的延伸。德国政府在DEMiS项目中，资助了这一战略的研究，而且大规模的欧洲IMPULSE项目也正在继续开发这一概念。

对于具有强力混合功能或具有很强吸热或散热功能的化学反应来说，工艺强化将是一种最好的选择方案。在热传导和材料传送过程中，化学反应可以不受任何限制地继续下去。

没有一种方法可以替代跨学科的方法 不来梅大学的环境工程学院有一个“多相物流、材料运输流程和反应器开发”工作组，他们很清楚地表明“工艺强化”是一种跨学科的技术，它包括整个系列的技术和研究领域。该工作组目前正在集中精力开发全功能微型反应器系统，其目的是为了代替整个工艺流程。

工作组的合作伙伴采用微型金属粉末注塑工艺(Fraunhofer IFAM, Bremen)生产零件。

IFAM已经将微型金属粉末注塑工艺应用于不同的材料上，其中包括不锈钢、硬质合金、铜和钨铜。此外，还包括以下发展目标：

■　微型结构的大表面成形；

■　微型元件的大批量生产；

■　可获得精密的元件公差尺寸；

■　减少表面粗糙度；

■　进一步开发用于微型系统技术的材料。

工艺强化“项目工作室”

Degussa将在三年时间内投资1500万欧元于工业强化项目，用以研究新的工艺战略和反应器设计。工作组将在三个领域开发工艺战略：“高活性催化剂”、“功能性材料”和“离散系统”。

第四个领域是“化学ExplorENG探测工程”，将其作为“胶粘剂”把项目结合在一起。各类组件可以同时建造，然后在现场将它们“插接”组装在一起。这可以减少生产线上马和运行的时间，同时也可减少产品进入市场的时间。

“高活性催化剂”工作组计划采用微型工艺技术和一种新的反应器设计，来大大改善采用不同催化剂的气体合成工艺。目前Degussa公司通过与UhdeGmbH公司和参与项目的大学一起合作已经得出一个成功的结论。为了挖掘微型工艺技术的全部潜力，将需要具有更高活性的催化剂和新的催化剂准备技术。

“功能性材料”的研究目标是寻找压缩固体、聚合非水溶性单体物质和生产超细有机颗粒的新方法。工作组正在寻求类似粘合剂的产品，它应既具有活性，又能对改良剂产生影响。目前有一些科技文章比较深刻地描述了如何在实验室中制取微乳剂的工艺，但还没有一个人能将其成功应用于具有生产规模系统的工艺中。

“离散系统”工作组研究的焦点集中在生产染料糊的替代工艺路径上以及强力发酵的新型反应器设计上。这可以扩大传统连续搅拌箱反应塔的操作范围。

目前现有的实例

实例1：2005年９月27日，与MainzGmbH公司IMM微型技术研究所签订合作协议后６个月，在一个微型反应器系统上，成功地完成了实验性生产阶段。该微型反应器系统用于生产硝酸甘油，主要由三部分组成：一个以冒烟硝酸和硫酸作为原料的硝酸生产装置、实际微型反应器以及用于合成硝酸甘油气相分离、纯化和干燥的子系统。

这一项目显示了工艺强化的“凸出”优点：产量较高、产品质量提高、安全性增强、环境风险降低。

实例2：奥地利Linz的DSM精细化学品公司采用了新生产系统，在10个星期内生产了塑料工业使用的300t高级产品。新生产系统的核心部分是Karlsruhe研究中心开发的高性能微型反应器，由专用的镍合金制成，每小时的液体化学品生产能力为1700kg。DSM的微型反应器代替了一个核心的反应环节， DSM精细化学品公司项目经理Peter P?chlauer先生评价说：“Karlsruhe微型反应器与我们以前的工艺相比，生产量大大提高，因为以前的工艺纯粹是建立在连续搅拌箱反应器生产之上的。我们现在可以使原材料耗量和废品率降低，并且还提高了我们的效率，减少了给环境造成的不良影响。而且微型反应器还提高了工艺流程的可靠性。”

实例3：IMRET系列会议（国际微反应技术会议）反映了这一领域的快速发展步伐，在欧洲和美国之间交替举行。2005年４月11～14日在亚特兰大举行的IMRET 第8届会议上展示了某些令人感兴趣的应用实例，表明该技术在工业规模生产中所取得的进步。所举的实例中包括由Bristol Myers Squibb公司(美国)通过氢化反应生产的药品中间体、京都大学(日本)的自由基聚合体以及丙烯环氧化过氧化氢的使用。这些工业生产系统的应用实例已经超过了元件的发展和特性化。

５月15～19日在法兰克福举办的ACHEMA 2006展览会上，一些很有发展前途的战略思想和实际执行情况将会在会议厅和展览大厅中展示和发表。

趋势一瞥

■强化能源和材料的运输；

■提高空间／时间效益；

■更加有效地利用资源。