微反應(yīng)器的簡介

 微反應(yīng)器是一種單元反應(yīng)界面寬度為微米量級的微型化的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng), 是90年代興起的微化工技術(shù)；不是現(xiàn)有反應(yīng)器的簡單縮小, 而是融合了材料技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、傳感器技術(shù)和控制技術(shù)等各種要素技術(shù)的新的綜合系統(tǒng)之一 。

      微化工技術(shù)著重研究時空特征尺度在數(shù)百毫秒和數(shù)百微米范圍內(nèi)的微型設(shè)備和并行分布系統(tǒng)中的過程特征和規(guī)律。

      微反應(yīng)器是指以反應(yīng)為主要目的, 以一個或多個微反應(yīng)器為主,同時還可能包括有微混合、微換熱、微分離、微萃取等輔助裝置以及微傳感器和微執(zhí)行器等關(guān)鍵組件的一個微反應(yīng)系統(tǒng) 。

 微反應(yīng)器反應(yīng)過程

      傳統(tǒng)混合過程：層流混合和湍流混合

      微混合過程：主要基于層流機(jī)制

      層流混合：Re ＋ Fick定律è 僅依靠分子擴(kuò)散即可在短時間內(nèi)實現(xiàn)均勻混合

      對流混合：改變幾何形狀、輔助擴(kuò)散機(jī)理(攪拌或輸入外加能量)

微反應(yīng)器的主要特征

1.大比表面積

      強(qiáng)化了傳質(zhì)、傳熱

      縮短了擴(kuò)散時間，實現(xiàn)流體間的快速     均勻混合以及等溫操作

      通道內(nèi)作用力主要為：界面張力，粘性應(yīng)力以及毛細(xì)管力

2.的流動行為

      流體流動通常屬于層流

      具有很強(qiáng)的方向性、對稱性   和高度有序性

      具有窄的停留時間分布和均勻的傳質(zhì)過程

      便于對過程進(jìn)行的理論描述和模擬

3.催化劑的高通量篩選

      催化劑用量少，操作連續(xù)、安全

      適用于含有毒物質(zhì)、易爆、危險的反應(yīng)

4.無放大效應(yīng)

      通過集成眾多的反應(yīng)器可以處理大批量的原料

      節(jié)省從實驗室研發(fā)到工業(yè)過程的時間和成本

 微反應(yīng)器的優(yōu)點
溫度控制：

      的傳熱性質(zhì)和非常短的反應(yīng)時間，有利于反應(yīng)器的控制， 對于反應(yīng)器內(nèi)的溫度分布變化可以瞬時響應(yīng)，對于涉及中間產(chǎn)物和熱穩(wěn)定產(chǎn)物的部分反應(yīng)具有重大意義。

 避免平行副反應(yīng)

溫度對于一個化學(xué)反應(yīng)非常重要：

快反應(yīng)需要降溫否則容易失控甚至爆炸

慢反應(yīng)需要加熱以提高反應(yīng)速率

許多反應(yīng)對溫度非常敏感（動力學(xué)Vs.熱力學(xué)控制）

反應(yīng)器體積：

      非零級反應(yīng)(自催化除外，F(xiàn)，X0，XF相同),VCSTR>VPFR微通道幾乎符合PFR,使得反應(yīng)物能在毫秒級范圍內(nèi)混合,大大加速了傳質(zhì)控制反應(yīng)的速率,在維持產(chǎn)量不變的情況下使反應(yīng)器總體積大大減小。

提高轉(zhuǎn)化率和收率：

      縮短部分氧化反應(yīng)中反應(yīng)物停留時間è減少深度氧化副產(chǎn)物佳停留時間獲得高收率的反應(yīng), 可控制反應(yīng)時間及時移走熱量，減少強(qiáng)放熱反應(yīng)的副反應(yīng)，提高選擇性。

安全性能：

      反應(yīng)體積小，傳質(zhì)傳熱快，避免“飛溫”現(xiàn)象通道尺寸數(shù)量級在微米級范圍內(nèi)，有效阻斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使其能在爆炸限范圍內(nèi)穩(wěn)定進(jìn)行。

 連續(xù)的流動

 無放大效應(yīng)