微反应器有哪些种类

随着对微反应器的研究不断深入，对其进行分类不可避免地存在着偏差。可以参考传统反应器的分类标准，对微反应器进行分类和归纳。微反应器按不同的分类方法有很多种。按照微反应器的工作方式，可分为连续微反应器、半连续微反应器和间歇微反应器。本论文中所涉及的微反应器都是连续微反应器，在半连续微反应器中，对其报道甚少。第二类微反应器按其用途可分为实验性微反应器和生产型微反应器，其中微反应器在药物筛选、催化剂性能检测、工艺开发与优化等方面的应用。

以化学反应工程的观点来看，微反应器的类型与反应过程密不可分，不同相态的反应过程对微反应器结构的要求也不相同，因此，微反应器可分为气固相催化微反应器、液-液微反应器、气液相微反应器、气液相微反应器、气液固三相催化微反应器等。以下就这几种类型的微反应器作简要介绍。

1气固相催化微反应器

鉴于微反应器的特性适合于气固相催化反应，目前微反应器的研究主要集中在气固相催化反应上，气固相催化微反应器种类最多。与壁面装有催化剂的微通道相比，气-固相催化微反应器更简单。复合气固相催化微反应器一般是由一个或多个功能如混合、传热、传感、分离等耦合而成。如图所示，微反应器包括反应、加热和冷却三种功能，由反应器、加热和冷却器三部分组成。

较有代表性的气相微反应器是由麻省理工学院RaviSrinivason等设计制造的T型薄壁微反应器。本反应器用于氨的氧化反应，氨气和氧气分别从T型反应器的两个通道进入，通过流量传感器，在正下方通道进口处混合，在正下方的通道壁外侧设置温度传感器和加热器，T型反应器的薄壁结构本身就是一个热交换器，通过制作材料改变热导率和调整壁厚度，可以控制反应热量的转移，从而适合放热不同的化学反应。另外，Franz等设计制造了一种可用于脱氢/氢化反应的微膜反应器，由于它与膜分离的功能相结合，反应物与产物在反应过程中分离，使得平衡转化率不断提高，产物收得率也随之提高。

2液相微反应器

与气固相催化微反应器相比，液相微反应器的种类相对较少。其中一个关键的影响因素是液-液相反应的充分混合，因此液-液相微反应器或与微混合器耦合，或者本身就是一个微混合体。微反应器的例子很少，专门为液-液相反应而设计的其它功能单元，例如微混合器。BASF设计的维他命前体合成微反应器和MIT为完成多什曼化学反应而设计的微反应器。二者代表了两种典型的液相混合模式，前者采用静态混合，将流体反复分割合并，以缩短扩散路径，而后者则采用流体动力学集中法，即多个进给微通道呈扇形分布，集中在一条狭窄的微通道内，通过液体扩散快速混合。

同时，英国Hull大学设计了一种T型液液相微反应器，其最大特点是通过电渗析法输送流体，如图7所示：它由底板和盖板两部分组成，并用退火方法焊接在一起。在基片上蚀刻的微孔道呈T形，其中一微通道装有金属催化剂。盖上设有3个直径2毫米、B、C的圆柱形容器，与微孔相连，用于储存反应物及产品。盖上的容器中装有铂电极，用来装入电流。与液相微反应器相比，气液相微反应器的研究相对较少，根据气液接触的不同，所报道的微反应器可以分为两类。

3气液微反应器

一种是气液从两个微通道分别汇流到一个微通道，其整体结构呈T字形。因为在气液两相液中流体的流动与罩塔相似，随着气液流速变化出现气泡流、节涌流、环状流和喷射流等典型的流型，这种气液相微反应器被称为微泡罩塔。另外一类是沉淀膜式微反应器，液相从上至下呈膜状流动，气液两相在膜表面充分接触。气-液相的接触面积决定了气液反应速率和转化率等。气液反应器两种类型的气液相接触面积都很大，内表面积接近20000m2/m3，比传统气液反应器大了一个数量级。

4气液固三相催化微反应器

在化学反应中，气液固三相反应种类较多，多数情况下是固体催化剂，气液和液体为反应物或产物，美国麻省理工学院开发了一种用于气液固三相催化反应的微填充床反应器，其结构与固定床反应器相似，在反应室(微通道)中填充催化剂固定颗粒，气相和液相被分成若干流股，再经管汇到反应室中进行催化反应。MIT还试图“放大”这一微反应器，以将10个微填充床反应器并联在一起，在保持产量恒定的情况下，可显著降低微填充床反应器的压降。

所述微电反应器的反应物具有液相和气相两种性质，由于它们各有特点，不能简单地划分为液相微反应器或气相微反应器，而是单独划分为一类。在德国美因兹学院率先开发出一种由对甲氧基苯甲烷甲烷合成对甲氧基苯甲醛的电化学微反应器。同时，美国麻省理工学院的研究人员在耐热玻璃/硅光化学微反应装置中，采用装有微型紫外灯的苯甲酮合成了频哪醇。