1.微反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

    微反應(yīng)器是一個(gè)復(fù)雜的微系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)涵蓋了微動(dòng)力學(xué)、微摩擦學(xué)、微流體力學(xué)、微傳熱學(xué)、微電子學(xué)、化學(xué)等多門學(xué)科，所以微反應(yīng)器的各部件和微通道都要進(jìn)行精密的設(shè)計(jì)和研究。微通道的當(dāng)量直徑數(shù)量級(jí)為微米，其間流體流動(dòng)的雷諾準(zhǔn)數(shù)通常在幾十到幾百之間，黏滯力比慣性力大，流體為層流流動(dòng)。流量的定義式：=A2p/CRnL，式中A為微通道截面積，p為微通道上的壓降，CR為微通道的幾何系數(shù)，n和L分別為流體的粘度和微通道的長(zhǎng)度。由公式可看出，微通道截面、長(zhǎng)度和流體粘度的情況下，幾何系數(shù)CR的值越小流體流量越大，CR的定義式：CR=U2P0／8A，式中U為微管道濕潤(rùn)周長(zhǎng)，P0為泊肅數(shù)。圓形的幾何系數(shù)最小，但是存在刻蝕困難的問(wèn)題，所以微通道通常是矩形或梯形的。

    微反應(yīng)器狹窄的通道，表面和體積比，既加強(qiáng)了傳熱能力，同時(shí)也縮短了質(zhì)量傳遞的距離和時(shí)間。由公式3可見，傳熱系數(shù)h和管徑d成反比，當(dāng)通道尺寸在100 um～1.0mm范圍內(nèi)時(shí)，層流傳熱系數(shù)高達(dá)2000～20000W／(m2·K)。如此高的傳熱系數(shù)，即使對(duì)于反應(yīng)速度非?？?，熱效應(yīng)非常大的化學(xué)反應(yīng)也能在近乎恒溫的條件下進(jìn)行。Nu=hd/k，在公式4中Kc是傳質(zhì)系數(shù)，S是比表面積，D是擴(kuò)散系數(shù)。傳質(zhì)系數(shù)與管徑成反比，微小的通道不僅提高了傳熱面積，也加強(qiáng)了傳質(zhì)能力，縮短了擴(kuò)散時(shí)間。在毫秒時(shí)間間隔內(nèi)反應(yīng)物就可徑向混合， Sh=kcd/D。

2.微反應(yīng)器的制造

    微反應(yīng)器的外形尺寸通常只有幾厘米，內(nèi)部的通道特征尺寸在微米級(jí)，圖1是用于水煤氣變換的型反應(yīng)器，內(nèi)部裝有25片帶有微通道的金屬薄片。微通道的形狀是多種多樣的，有矩形的、梯形的、雙梯形的以及不規(guī)則尺寸的。到目前為止，制造微通道可應(yīng)用的微加工技術(shù)包括：精密機(jī)械加工、濕法刻蝕、干法刻蝕、電化學(xué)刻蝕、表面硅工藝技術(shù)、LIGA(光刻、電鑄成模和塑注成型)技術(shù)、電火花加工、表面活化鍵合技術(shù)、激光加工等。制備微通道的材料一般有不銹鋼，F(xiàn)eCrAJ，陶瓷和硅晶片。