微反應(yīng)器的發(fā)展

拜耳-埃爾費爾德微技術(shù)公司（Ehrfeld Mikrotechnik BTS，簡稱EMB)是全球領(lǐng)i先的微反應(yīng)器技術(shù)的供應(yīng)商。在化工和精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域，EMB開發(fā)的Miprowa系列微反應(yīng)器已經(jīng)被世界各大化工公司應(yīng)用于工藝開發(fā)與生產(chǎn)中；在藥生產(chǎn)領(lǐng)域，2010年EMB與龍沙公司（Lonza）合作向市場推出了符合GMP認(rèn)證要求的Flowplate系列微反應(yīng)器。

微反應(yīng)器的定義

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（或者1000微米）之間的微型反應(yīng)器，微反應(yīng)器的“微”表示工藝流體的通道在微米級別，而不是指微反應(yīng)設(shè)備的外形尺寸小或產(chǎn)品的產(chǎn)量小。微反應(yīng)器中可以包含有成百萬上千萬的微型通道，因此也實現(xiàn)很高的產(chǎn)量。

美國PNNL(Pacific Northwest National Lbaoratory)主要開展燃料電池氫源系統(tǒng)微型化研究，反應(yīng)器主體結(jié)構(gòu)是一個錯流式微通道換熱器，與傳統(tǒng)相比，相同的處理能力，反應(yīng)器體積可減小l～2個數(shù)量級。微反應(yīng)器在傳質(zhì)、傳熱、恒溫等方面表現(xiàn)出的巨大優(yōu)勢，自面世以來迅速引起相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的濃厚興趣和關(guān)注。

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)。在化工生產(chǎn)中，新的Miprowa技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)每小時上萬升的流量。

微反應(yīng)器的微結(jié)構(gòu)大的缺點是固體物料無法通過微通道，如果反應(yīng)中有大量固體產(chǎn)生，微通道極易堵塞，導(dǎo)致生產(chǎn)無法連續(xù)進(jìn)行。

目前這一問題主要是通過改進(jìn)反應(yīng)器的設(shè)計來解決。例如拜耳-埃爾費爾德微技術(shù)公司開發(fā)的閥式混合器（反應(yīng)器）可以用于快速沉淀反應(yīng)，基于這一技術(shù)，拜耳公司成功開發(fā)了商業(yè)化生產(chǎn)工藝，用于生產(chǎn)高的性能的微米材料和納米材料。 

微反應(yīng)器的優(yōu)點

（1）精準(zhǔn)控制反應(yīng)溫度

對于強放熱反應(yīng)，傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器由于受體積影響，混合及換熱效率不高，容易出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，產(chǎn)品收率和選擇性都會下降副產(chǎn)物較多。而在微通道反應(yīng)器內(nèi)，比表面積可以達(dá)到10 000-50 000，液相傳熱系數(shù)可以達(dá)到10 000 W/（m2 K ，出色的傳熱特性使得反應(yīng)溫度能精準(zhǔn)控制在一定范圍內(nèi)，這對于精細(xì)化工中涉及中間產(chǎn)物和熱不穩(wěn)定產(chǎn)物的部分反應(yīng)具有重大意義。

（2）精準(zhǔn)控制反應(yīng)時間

在傳統(tǒng)的間歇釜式反應(yīng)器中，為防止反應(yīng)過于劇烈，往往采用逐漸滴加或分批加入反應(yīng)物的方式，來促進(jìn)反應(yīng)平衡向產(chǎn)物移動，但這也造成了部分反應(yīng)物停留時間過長，產(chǎn)生較多的副產(chǎn)物。而反應(yīng)物在微通道反應(yīng)器中是連續(xù)流動的物料在反應(yīng)條件下的停留時間可以精準(zhǔn)控制，一旦達(dá)到良好反應(yīng)時間就立即傳遞到下一步或終止反應(yīng)，可以有效消除因反應(yīng)時間過長而產(chǎn)生的副產(chǎn)物。