微反应器分类及性能优势

微反应器是一种借助于特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行化学反应的三维结构元件，微反应器通常含有当量直径小于500mm的流体流动通道，在这些通道中发生所要求的反应。自从1993年Richard Mathies首先在微加工技术制造的生物芯片上分离测定了DNA片段、实现了生物芯片技术与计算机的结合后，微反应器的研究逐渐得到广泛重视。

国外对微反应器的研究已经比较深入，对其原理和应用已有了比较透彻的认识，在微反应器的设计、制造、集成和放大等关键问题上已经取得了突破性进展，使实验技术得到革命性的提高。

微反应器是一种借助于新型微加工技术，以固体机制制造的可用于进行化学反应与分离提取的三维结构元件。按其内部结构分类包括：

（1）、通道类反应器，该类微反应器通常含有当量直径小于几百微米的微流通道，在这些通道中发生所要求的反应和分离；

（2）、超分子自组装而成的反应单元，其甚至仅容纳一个分子。在极微小反应空间内，分子作用能改变电特殊性，空间作用可以影响分子构象或基团的旋转等，进而可以改变反应物的化学性质、传递和分离特性等。微反应器有多种分类方式，按操作模式可分为间歇式微反应器和连续微反应器，按反应物的相态可分为液液微反应器、气液微反应器和气液固三相微反应器等。从混合的方式来看，按照有无外界动力源可分为主动式混合器和被动式混合器两类。

微反应器不仅具有所需空间小、质量和能量消耗少以及响应时间短的优点，更重要的是，其在单位体积和单位时间短的优点，更重要的是，其在单位体积和单位时间内得到的信息量很大。以微小通道作为化学反应空间，能实现边流动边反应，因而，比传统反应器具有更多的优势：

（1）、高的热传导系数实现良好温度控制

微反应的传热系数比传统大反应器高一个数量级。即使是反应速率非常快，放热效应非常强的化学反应，在微反应器中也能在近乎等温的条件下进行，从而避免了热点现象，并能控制强放热反应的点火和熄火，使反应在传统反应器无法达到的温度范围内操作。这对于涉及中间产物和热不稳定产物的部分反应具有重大意义。由于微通道反应器传热性质非常好。热容量小及反应时间非常短，对温度分布变化可以作瞬时的响应，非常有利于温度控制。

      （2）、毫秒或纳微妙混合时间缩小了反应器体积对于非零级反应自动催化除外，当物料处理量一样，起始及最终转化率都相同时，全混反应器所需的体积大于平推流反应器，而微反应器中的微通道几乎完全符合平推流模型；微反应器中的微通道几乎完全符合平推流模型；微反应器的传质特性使得反应物在微反应器中能在毫秒级范围内完全混合，从而大大加速了传质控制化学反应的速率。所以对于传质控制等类型的化学反应使用微反应器可以在维持产量不变的情况下，使反应器总体积大小减小。

      （3）、高比表面积增大强化反应过程

       在微反应设备内，由于减小了流体厚度，相应的面积体积比得到了显著的提高。微反应器的比表面积可以达到10000~50000m2.m-3，比传统的实验室或工业设备的比表面积1000m2.m-3高10~15倍。因此，比表面的增加除了可以强化传热外，也可以强化反应过程，例如，高效率的气相催化微反应器就可以采用在微通道内表面涂敷催化剂的结构。

      （4）、高转化率和收率

微反应器能提高化学反应的转化率和收率，据统计，在精细化工反应中，大约有20%的反应可以通过采用微反应器，在收率、选择性或安全性等方面得到提高。尽管只有20%，但是考虑到精细化工反应范围广、数量大，微反应器的应用潜力是非常巨大的。

     （5）、良好的安全性能

      由于微反应器的反应体积小，传质传热速率快，能及时移走强放热化学反应产生的大量热量，从而避免宏观反应器中常见的“飞温”现象；对于易发生爆炸的化学反应，由于微反应器的通道尺寸数量级通常在微米级范围内，能有效地阻断链式反应，使这一类反应能在爆炸极限内稳定地进行；对于反应物、反应中间产品或反应产物有毒有害的化学反应，由于微反应器数量众多，即使发生泄漏也是少部分微反应器，而单个微反应器体积非常小，泄漏量非常小，并且能在其他微反应器继续生产时予以更换。

     （6）、大量减少有毒、有污染溶剂的使用；

     （7）、易储运等

      这些优势能够极大地提高新化合物的合成可能性，更可能通过提高通量合成的方法，达到组合化学反应的目的。

      21世纪由于环境恶化以及能源枯竭等一系列问题，使化学工业面临前所未有的机遇和挑战，由于微反应器表现出的诸多优点，科学界致力于探索新的反应途径使化工生产更加经济和环保。所以我们有必要相信微反应器将在化学工业中发挥出巨大的作用。