微通道反应器[4]是指利用精密加工技术制造的一种流体流动通道尺寸在10-1000um之间的一种反应器。微通道反应器主要采用静态混合的方式，利用通道内的特殊结构，使流体反复切割合并以缩短扩散路径，形成微米尺度分散的单相或多相体系来强化反应过程，达到迅速混合的效果。微通道反应器具有较大的比表面积，其换热效率是一般反应釜的100-200倍；并且比表面积的增大使反应器内能够提供的对流传热的场所增加。由于微通道反应器的通道尺寸比较小，所以持液量有限，对于像烷基锂反应这样易燃易爆的高放热量反应，安全性大大提高，同时反应器内部的体积减少使温度分布能够在短时间内实现均一化.
微化工技术已成为化学工程学科中一个新的发展方向和研究热点。与传统化工工艺间最大的区别是微化工技术是需要研究开发适合于微反应系统的快速反应工艺条件。微尺度的化工系统中，传统的“三传一反”需要修正、补充和创新；许多宏观的规律不再适用于微观尺寸，因此，微尺度下的表面和界面效应，微过程的测量、分析、控制等基础研究尤为重要。
近年来国内很多研究学者对微通道反应器及微通道内的反应进行了大量的研究。
1.微通道反应器特点及结构特性
1.1微通道反应器特点
微通道反应器是微化工技术发展过程中研发的新型反应器产品，依据微化工技术着重研究的时空特征尺度的特点，该类型反应器具有微米级尺寸的反应通道。相比于传统化工设备，微通道反应器内部通道尺寸小，流体薄层间距离极短，通过流体微团的介观粘性变形和分子扩散可实现反应物料间的快速微观混合；微通道反应器具有极大的比表面积，流体与器壁间有充分的接触面积，故而使换热效率显著提高，可实现反应过程中的原位高效换热；再者，微通道反应器通道内微小的持液量使得微通道反应器具有明显的安全性能；综上特点，该类反应器可应用于快速混合、强放热及易燃易爆的化工反应过程，并且能显著提高过程安全性以及实现连续化操作的过程。
1.2微通道反应器结构特性
1.2.1传热特性
反应器中狭窄的微通道结构增加了温度梯度，再加上较大的比表面积故使得微通道反应器的传热能力大大增强，传热系数可高达25000W/(m2·K)，比传统换热器的传热系数至少大一个数量级。
1.2.2传质特性
I-传递距离；
D—扩散系数。
混合时间与传递距离的二次方成正比，故微通道尺寸狭窄，微型的通道尺寸大大提高了反应混合时间。
而对于互不相容液-液两相流体在实际的传质与反应过程中，其流动状态会随传质、反应深度的增加呈动态的变化，反应过程中将会发生流型转捩现象。
1.2.3流动特性
从微观角度看，流体微元在轴向上存在返混现象，但由于微通道的轴径比一般远大于100，故从宏观上仍可视为平推流流动模型，流体的返混现象可以忽略。同时反应产物连续从微通道中流出促进实验过程中的可逆反应向右移，促进原料完全反应。
2.微通道反应器内反应研究
2.1微通道反应器内乙苯连续氧化反应工艺研究
该氧化实验是研究微通道反应器内乙苯与过氧化氢反应的连续合成苯乙酮的氧化工艺过程，分别考虑了原料与催化剂的摩尔比、反应停留时间、溶剂量、反应温度等因素对单程转化率及选择性的影响。实验过程中以乙苯为原料，双氧水为氧化剂，醋酸钴为催化剂，冰醋酸为溶剂在微通道反应器中发生连续反应过程。实验结果：反应停留时间为70s，反应温度为100℃；当停留时间达到50s时，乙苯的转化率可达到30.7%，苯乙酮的选择性可达100%。而在并行操作的间歇反应器中，在停留时间长达5h的情况下，此时乙苯的转化率为84.6%，苯乙酮的选择性为79.3%。
2.2巯基乙酸甲酯的合成反应
该实验采用微通道反应器合成巯基乙酸甲酯，并通过考察通道尺寸、催化剂用量、反应的停留时间、反应温度以及醇酸初始摩尔比等条件研究该合成反应的最佳工艺条件，并对微通道的实用性加以验证。
该实验中巯基乙酸甲酯的工艺合成方法是以巯基乙酸和甲醇为原料，以对甲基苯磺酸为催化剂，选用内径0.6mm不锈钢毛细管微通道反应器。实验结果很明显，微通道反应器中的酯化速度明显比常规釜式反应器高。工艺参数：对甲基苯磺酸用量为巯基乙酸质量的1.0%、反应温度为60℃，甲醇与巯基乙酸的摩尔比值为4时，反应的停留时间为14.3min,酯收率稳定在94%以上，反应时间显著缩短，巯基乙酸甲酯收率明显提高。
2.3氯苯硝化反应
该实验主要在微通道反应器内对氯苯硝化反应进行了研究，分别考虑氯苯与硝酸的摩尔比、体积流速、反应温度等因素对单程转化率及选择性的影响。微通道采用不锈钢材质，微反应通道特征尺寸为16×φ400μm，
1-微通道反应器；2-高压液相泵；3-热电偶；
4-原料；-5产品收集器
实验过程中，同时并行完成常规范应器中氯苯硝化反应，实验结果显示微通道反应与常规反应器邻对比相比有明显提高，且副产物相对较少；微通道反应器的时空转化率比常规反应器约高出4个数量级，生产能力约为常规反应器的3.08×104倍。
上述反应均采用实际的反应操作与具体的实验数据验证了微通道反应器中反应速度明显提高的优点，原因主要有两点：
①微通道反应器中特殊的结构形式使得传质传热效率相对较高；
②微通道反应器中流体的流动方式接近于管式反应器中的平推流模型，避免了釜式反应器中发生的“返混”现象，反应产物连续从微通道中流出促进实验过程中的可逆反应向右移，促进原料完全反应。
3.微化工系统的并行放大
英格尔微反应器放大的基本模式是将多通道并行放大，与传统的管式反应工业放大相比其特点是微反应器具有单通道“三传”状态的重现性和多通道间的抗干扰性。现阶段微通道反应器主要有三部分组成：流体进口分布器、并行通道模块、出口集流器。其中进口分布器和出口集流器的结构形式可以为特殊结构的空腔也可以是构形通道。
英格尔，聚力价值信任
- 标准规范
|
- 合作伙伴
|
- 仪器设备
|
- 集团优势
恪守全球标准规范
大型企业、政府机构、高效研发机构
一线品牌（沃特世、赛默飞、安捷伦、戴安等）高配实验室设备
全方位的服务内容，多领域的服务能力，规模化的服务平台、高品质的服务质量
上一篇：
微通道反应 下一篇：
微反应技术 
