微反應(yīng)器的定義

微反應(yīng)器，即微通道反應(yīng)器，利用精細(xì)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)域人士的濃厚興趣和關(guān)注。

微反應(yīng)器技術(shù)的硬件設(shè)備配備

硬件部分包括微反應(yīng)器設(shè)備和配套設(shè)備。微反應(yīng)器設(shè)備從材質(zhì)的角度可分為金屬材質(zhì)和非金屬材質(zhì)、碳化硅材質(zhì)，從通道設(shè)計的角度可分為簡單通道和復(fù)雜通道。怎么樣去評價一款微反應(yīng)器？

① 傳質(zhì)性能。傳質(zhì)性能受到通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計、流速范圍、停留時間分布、壓力降等因素影響。

② 傳熱性能。微反應(yīng)器是一種換熱能力很強(qiáng)的技術(shù)裝備，其換熱能力受流速、溫差、材質(zhì)、換熱介質(zhì)等因素影響。

③ 放大的設(shè)計，實驗室研發(fā)型微反應(yīng)器到工業(yè)化微反應(yīng)器應(yīng)當(dāng)保持比較好的傳質(zhì)、傳熱、停留時間一致性。

④ 材質(zhì)和加工，設(shè)備的耐腐蝕性、密封性、耐壓性、死體積應(yīng)當(dāng)與具體的工況相匹配。

配套設(shè)備對于要實現(xiàn)工業(yè)化用途來講同樣重要。微反應(yīng)器配套包括進(jìn)料泵、傳感器、閥門、在線監(jiān)測裝置、控制系統(tǒng)及管件閥門等。其中，動部件的壽命、耐腐蝕性、管道的設(shè)計等都需要認(rèn)真考量。

微通道反應(yīng)器是一種連續(xù)流動的管道式反應(yīng)器，包括化工單元所需要的混合器、換熱器、反應(yīng)器、控制器等。由于管道尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)管式反應(yīng)器，是利用precise加工技術(shù)制造的特征尺寸在數(shù)百μm以下的微型設(shè)備，與傳統(tǒng)反應(yīng)器相比，具有傳質(zhì)傳熱效率較高、瞬間混合、返混幾率小，能更好地控制反應(yīng)溫度和停留時間等優(yōu)點，能夠解決工藝放大問題，具有良好的反應(yīng)安全性能。

　　微通道反應(yīng)器特別的結(jié)構(gòu)賦予其一系列的性能，故被應(yīng)用于許多領(lǐng)域。例如，氨基甲酸酯的多步化學(xué)合成可以通過連續(xù)性工藝來實現(xiàn)，其中包括分步反應(yīng)工序和反應(yīng)步驟間的兩步分離工序。通過使用一系列串聯(lián)的由三個微通道反應(yīng)器和兩個相分離器組成的反應(yīng)裝置，可以在一個緊湊型芯片基的工藝系統(tǒng)中實現(xiàn)溶劑轉(zhuǎn)換、危險中間產(chǎn)物原位生產(chǎn)和消耗、高能量化學(xué)品的安全處理以及化學(xué)品的小批量生產(chǎn)。因此，可以用于快速及放熱反應(yīng)、工業(yè)環(huán)境拓展等方面。