微反應(yīng)器即微通道反應(yīng)器，利用精密加工技術(shù)制造的特征尺寸在10到300微米之間的微型反應(yīng)器。但是微反應(yīng)器的“微”表示工藝流Chemicalbook體的通道在微米級(jí)別，而不是指微反應(yīng)器尺寸小或者產(chǎn)量小。微反應(yīng)器中可以包含成百萬上千萬的微型通道，因此可以實(shí)現(xiàn)很高的產(chǎn)量。

背景微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器（簡稱微反應(yīng)器）是重要的微化工設(shè)備之一，是實(shí)現(xiàn)化工過程微小型化的核心裝備。在微化工過程中微反應(yīng)器擔(dān)負(fù)起了完成反應(yīng)過程、提高反應(yīng)收率、控制產(chǎn)物形貌以及提升過程安分離回收難度和成本、減少過程污染等具有重要的意義。針對(duì)不同過程特點(diǎn)開發(fā)出的微反應(yīng)器不僅形式多樣，其配套的工藝技術(shù)也與傳統(tǒng)化工過程存在一定區(qū)別，利用集成化的微反應(yīng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)過程的耦合，因此微反應(yīng)技術(shù)的發(fā)展也同時(shí)帶動(dòng)了化工工藝的進(jìn)步。

分類

1. 氣固相催化微反應(yīng)器由于微反應(yīng)器的特點(diǎn)適合于氣固相催化反應(yīng)，迄今為止微反應(yīng)器的研究主要集中于氣固相催化反應(yīng)，因而氣固相催化微反應(yīng)器的種類最多。最簡單的氣固相催化微反應(yīng)器莫過于壁面固定有催化劑的微通道。復(fù)雜的氣固相催化微反應(yīng)器一般都耦合了混合、換熱、傳感和分離等某一功能或多項(xiàng)功能。運(yùn)用最廣的甲苯氣-固催化氧化。

2. 液液相微反應(yīng)器到目前為止，與氣固相催化微反應(yīng)器相比較，液相微反應(yīng)器的種類非常少。液液相反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵影響因素是充分混合，因而液液相微反應(yīng)器或者與微混合器耦合在一起，或者本身就是一個(gè)微混合器。專為液液相反應(yīng)而設(shè)計(jì)的與微混合器等其他功能單元耦合在一起的微反應(yīng)器案例為數(shù)不多。主要有BASF設(shè)計(jì)的維生素前體合成微反應(yīng)器和麻省理工學(xué)院設(shè)計(jì)的用于完成Dushman化學(xué)反應(yīng)的微反應(yīng)器。兩者分別代表了兩種典型的液相混合方式，前者采用靜態(tài)混合方式，即將流體反復(fù)分割合并以縮短擴(kuò)散路徑，而后者采用流體動(dòng)力學(xué)集中方法，即多個(gè)進(jìn)料微通道呈扇形分布，集中匯入一個(gè)狹窄的微通道，通過液體的擴(kuò)散作用迅速混合。

3. 氣液相微反應(yīng)器一類是氣液分別從兩根微通道匯流進(jìn)一根微通道，整個(gè)結(jié)構(gòu)呈T字形。由于在氣液兩相液中，流體的流動(dòng)狀態(tài)與泡罩塔類似，隨著氣體和液體的流速變化出現(xiàn)了氣泡流、節(jié)涌流、環(huán)狀流和噴射流等典型的流型，這一類氣液相微反應(yīng)器被稱做微泡罩塔。另一類是沉降膜式微反應(yīng)器，液相自上而下呈膜狀流動(dòng)，氣液兩相在膜表面充分接觸。氣液反應(yīng)的速率和轉(zhuǎn)化率等往往取決于氣液兩相的接觸面積。這兩類氣液相反應(yīng)器氣液相接觸面積都非常大，其內(nèi)表面積均接近20000m2/m3，比傳統(tǒng)的氣液相反應(yīng)器大一個(gè)數(shù)Chemicalbook量級(jí)。

4. 氣液固三相催化微反應(yīng)器氣液固三相反應(yīng)在化學(xué)反應(yīng)中也比較常見，種類較多，在大多數(shù)情況下固體為催化劑，氣體和液體為反應(yīng)物或產(chǎn)物，美國麻省理工學(xué)院發(fā)展了一種用于氣液固三相催化反應(yīng)的微填充床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)類似于固定床反應(yīng)器，在反應(yīng)室(微通道)中填充了催化劑固定顆粒，氣相和液相被分成若干流股，再經(jīng)管匯到反應(yīng)室中混合進(jìn)行催化反應(yīng)。麻省理工學(xué)院還嘗試對(duì)該微反應(yīng)器進(jìn)行“放大”，將10個(gè)微填充床反應(yīng)器并聯(lián)在一起，在維持產(chǎn)量不變的情況下，大大減小了微填充床反應(yīng)器的壓力降。

工作原理

微反應(yīng)器是指以微米級(jí)結(jié)構(gòu)部件為核心的反應(yīng)、混合、分離等設(shè)備，它是一種新型的、微型化的連續(xù)流動(dòng)的管道式反應(yīng)器。反應(yīng)器中的微通道通過精密加工技術(shù)制造而成，特征尺寸一般在10到1000微米之間。微通道反應(yīng)器的“微”不是指微反應(yīng)裝置的外形尺寸小或產(chǎn)品產(chǎn)量小，而是表示流體通道在微米或毫米級(jí)別。微通道反應(yīng)器中可以包含眾多的微型通道，流體能夠以特定的物理狀態(tài)在反應(yīng)器中進(jìn)行組合流動(dòng)，因此可以實(shí)現(xiàn)很高的產(chǎn)量。

微反應(yīng)器的應(yīng)用

目前微反應(yīng)器在化工工藝過程的研究與開發(fā)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，商業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用正日益增多。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括有機(jī)合成過程，微米和納米材料的制備和日用化學(xué)品的生產(chǎn)。

例如，在銀催化下，甲醇制甲醛是重要的工業(yè)合成甲醛的方法。在一個(gè)大氣壓，850K～923K溫度范圍內(nèi)，甲醛：空氣摩爾比約為1：1時(shí)。該反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng),需要在極短時(shí)間內(nèi)（約0.01s）接觸反應(yīng),并產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物。為克服以上問題，有人將微反應(yīng)器應(yīng)用于甲醇的氧化反應(yīng)。使用碳玻璃微反應(yīng)器后，在溫度783K，接觸時(shí)間3ms的條件下可得到很高的轉(zhuǎn)化率(約75％)和選擇性(約90％)。

微反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)

傳質(zhì)、傳熱效率高，傳質(zhì)速度快，轉(zhuǎn)化率和收率高。

比表面積大，具有高效熱交換效率。

降低能耗的同時(shí)提高產(chǎn)物選擇性，保持環(huán)境清潔，減少化工生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境的影響。

快速有效的混合，精準(zhǔn)控制反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度，提高轉(zhuǎn)化率，避免副反應(yīng)發(fā)生。

采用連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)，反應(yīng)器中停留的化學(xué)品很少，易于控制反應(yīng)過程，提高反應(yīng)安全性。

溫度可控，時(shí)間可控。可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn)的直接放大。

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