先說微反應器的概念，微通道技術(shù)為什么可以受到眾多大型化工集團及國家層面的認可？因為微通道技術(shù)是一項過程強化技術(shù)，不僅是當今較為主流的實現(xiàn)安全、高效、環(huán)保的化工生產(chǎn)技術(shù)，更是化工生產(chǎn)實現(xiàn)本質(zhì)安全的最佳方案，而且也是化工技術(shù)未來發(fā)展的的一個重要方向。

有很多人會產(chǎn)生誤會的點是：微反應器的“微”，是指流體通道在微米或毫米級別，第一屆關(guān)于“微通道和微小型通道”的國際會議將微通道的特征尺度定義在了10um~3.0mm范圍內(nèi)，而不是指微反應設(shè)備的外形尺寸小或產(chǎn)品的產(chǎn)量小。微反應器中可含有多至數(shù)百萬的微型通道，因此反應物間傳質(zhì)傳熱效率高，反應速度相當快。微反應器的處理量可以根據(jù)其應用目的不同需求來進行設(shè)置。

化工過程中進行的化學反應受傳遞速率或本征反應動力學控制或兩者共同控制。就瞬時和快速反應而論，在傳統(tǒng)尺度反應設(shè)備內(nèi)進行時，受傳遞速率控制，而微尺度反應系統(tǒng)內(nèi)由干傳遞速率呈數(shù)量級提高，因此這類反應過程速率將會大幅度提高；如氧碘化學激光器中的激發(fā)態(tài)氧發(fā)生器(氯氣用雙氧水堿溶液反應)、烴類直接氟化。慢反應主要受本征反應動力學控制，其實實現(xiàn)過程強化的關(guān)鍵手段之一在于如何提高本征反應速率，通?？刹捎锰岣叻磻獪囟?、改變工藝操作條件等措施；而中速反應則由傳遞和反應速率共同作用，也可采取與慢反應過程類似的措施。目前工業(yè)應用的烴類硝化反應大多屬于中慢速反應過程，反應時間在數(shù)十分鐘至數(shù)小時，在微反應器內(nèi)可采用絕熱硝化并同時改變工藝條件可使反應時間縮短至數(shù)秒。因此，從理論上分析幾乎所有反應現(xiàn)狀過程皆可實現(xiàn)過程強化。

 接下來說種類。

 1.微通道反應器

微反應器的其中一種：微通道反應器，利用精密加工技術(shù)制造的特征尺寸在數(shù)百微米內(nèi)的小型或微型反應器。

1.1微通道反應器的特點

微反應器主要是指以表面科學與微制造技術(shù)為核心，經(jīng)過微加工和精密技術(shù)制造的一種多通道微結(jié)構(gòu)小型反應器，微反應器的通道尺寸僅有微米和毫米級別。微通道反應器中包含眾多的微型通道，流體能夠以特定的物理狀態(tài)在反應器中進行組合流動，可以實現(xiàn)流體之間的高效傳質(zhì)與傳熱。

混合形式：微結(jié)構(gòu)混合器是符合工程應用需求的高通量過程強化設(shè)備，傳統(tǒng)混合過程主要依賴分子擴散和滴流混合兩種機制實現(xiàn)，而在微化工系統(tǒng)中，由于其結(jié)構(gòu)特征尺寸通常在微米尺度（若干到數(shù)百微米），混合過程沒有滴流的參與，僅僅依靠分子擴散來實現(xiàn)。

微通道反應器類型：T型、水力學聚焦、同軸環(huán)管和幾何結(jié)構(gòu)破碎等多種類型。

微通道反應器的優(yōu)勢

①通過泵精準計量進料，嚴格控制兩相物料進料比例，在提高原料轉(zhuǎn)化率的同時降低原料用量；

②微通道比表面積大，傳質(zhì)傳熱效率高，是傳統(tǒng)反應釜10～100倍；

③換熱面積大、可精確控制溫度，對快反應和強放熱反應尤其有利。慢反應可快速給熱，抑制平行副反應，提高產(chǎn)品的選擇性和收率；

④連續(xù)化生產(chǎn)，能夠達到萬噸級的年產(chǎn)量；

⑤PLC系統(tǒng)控制，自動化程度高，設(shè)備占地面積小，檢修方便；

⑥連續(xù)化生產(chǎn)過程中能夠?qū)⒎磻傻臍怏w產(chǎn)物及時排出，不僅有利于反應正向進行且能降低生產(chǎn)過程中的安全風險；

⑦連續(xù)化生產(chǎn)不存在返混現(xiàn)象；

⑧縮短研發(fā)到生產(chǎn)轉(zhuǎn)化的周期，產(chǎn)品能夠根據(jù)市場需求進行快速變更；

⑨微反應器采用連續(xù)流動進料到微管道中，在層流狀態(tài)下流場分布均勻，可以精確控制物料在反應條件下的停留時間，因而可以方便地引發(fā)或終止反應；

⑩微反應器的放大是通過并行增加微反應器的數(shù)量，即“數(shù)增放大”效應。這種放大方式消除了過程中的放大效應，實驗室小試和工業(yè)化生產(chǎn)反應條件基本保持一致，省去了中試的步驟，大大縮短了研發(fā)時間，節(jié)省了昂貴的中試設(shè)備資金，實現(xiàn)科研成果從實驗室研究到工業(yè)生產(chǎn)的快速轉(zhuǎn)化。

2.微氣泡反應器的介紹

2.1微氣泡反應器的概述

微氣泡是指存在于液體中，直徑為微米級尺度的氣泡。微氣泡的直徑通常在1-1000um。

微氣泡反應器主要通過微界面強化傳質(zhì)技術(shù)來大幅提高氣液、液液、液固等界面的傳質(zhì)效率，因此它特別適用于受傳質(zhì)速率控制的“慢”反應過程，這里所述的慢反應過程是指體系的本征反應速率遠高于體系的傳質(zhì)速率，或傳質(zhì)速率對宏觀反應速率的影響不能被忽視的反應過程。微界面強化作用的本質(zhì)是由于微界面體系的傳質(zhì)速率相較于宏界面體系傳質(zhì)速率獲得大幅加速或強化，從而全部或部分消除了由于宏界面體系的相界傳質(zhì)速率偏低而造成的傳質(zhì)瓶頸。

2.2微氣泡反應器的特點

微氣泡反應器得以實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)在于如何穩(wěn)定、可控地制備大量微氣泡，目前實用化的微氣泡制備技術(shù)，其主要指標包括微氣泡的尺寸及均一性、制備速率、適用氣體組分、裝置的能量效率、可靠性、緊湊性等。根據(jù)氣泡形成的方式可將氣泡制備方法從原理上分為以下幾類：

①溶氣-釋氣法：氣液兩相流體首先進入加壓的溶氣罐中，較高的壓力提高了氣體溶解度，使大量氣體溶解于液體中。溶氣液體通過釋放器時發(fā)生壓力陡降和湍動，空切、剪切等多種作用使過飽和的氣體從溶液中快速釋放，產(chǎn)生大量微細氣泡。該方法產(chǎn)生的微氣泡尺寸范圍約為10-150um。該方法的缺點在于溶氣與釋氣的過程不連續(xù)。

②微孔曝氣法：由孔板或多孔介質(zhì)向液體通氣，可以低能耗地形成大量氣泡。為減少獲得氣泡粒徑，可采用更小的孔徑，或利用剪切流場、機械振動等施加外力，使氣泡更容易從孔口脫落。缺點：由微孔通氣制備微氣泡時需要采用極小的孔徑，給裝置的制造加工帶來困難，同時容易造成堵塞。

③引氣-散氣法：引氣-散氣法主要利用流場的剪切、碰撞等作用使較大的氣穴破碎，形成微氣泡。形成強剪切流動的流場中往往存在較強的負壓區(qū)，因此這類技術(shù)中常將負壓區(qū)和外界氣體連通，通過負壓抽吸將氣體吸入。缺點：低速時氣-液被動漩渦法的傳質(zhì)效果最好，但能耗較高。

④微流控方法：主要通過構(gòu)造微流道內(nèi)的氣液兩相混流產(chǎn)生微氣泡，所得的微氣泡粒徑分布窄、可控性好，常用于制備單分散的微氣泡群。該方法的核心元件為微控流芯片，芯片中兩相混合段的基本流道結(jié)構(gòu)主要包括T型、Y型、流動聚焦、共軸流等類型、

⑤超聲/聲壓法：將聲壓與微孔通氣結(jié)合，將聲壓施加于氣相入流，可以控制孔口氣穴的生長和脫落，以產(chǎn)生微氣泡。缺點：該法產(chǎn)生的氣泡粒徑較為分散，多分散系數(shù)PDI約為100%，且粒徑分布缺乏有效的模型表達。

⑥電解法：電解法主要通過電極電解產(chǎn)生微氣泡，電極兩端發(fā)生電化學反應，反應中附著在電極上的氣泡不斷增大，其直徑R與時間t呈指數(shù)關(guān)系。

2.3微氣泡反應器的優(yōu)勢

①氣體進入反應器通過微界面形成均一穩(wěn)定的微氣泡，微氣泡與液相在微尺度空間不斷對撞混合，強化反應傳質(zhì)過程，解決傳統(tǒng)氣液反應器存在的氣泡聚并、氣泡大小不均一、氣液傳質(zhì)效果差等問題。

②微氣泡反應器以湍流流體力學理論為基礎(chǔ)，通過對氣、液顆粒的高效破碎和界面的精確調(diào)控度，使界面尺寸由普通反應器的厘米-毫米大小破碎成微米/納米大小，使界面分子的傳遞效率實現(xiàn)數(shù)量級的躍升（10-103之間），反應效率隨之提高。

③反應體系相界面尺度達到微米/納米級，引發(fā)了微納化學效應，可進一步加速化學進程和提高轉(zhuǎn)化深度。

④反應器及附屬設(shè)備壓力可大幅下降，反應溫度可適當下調(diào)，反應停留時間縮短，物料過量率降低。

⑤通過微界面反應器能夠使化工生產(chǎn)能耗降低、物耗降低、排放降低，安全性提高、效益提高，實現(xiàn)真正意義上的綠色低碳生產(chǎn)。

3.微波反應器的介紹

3.1微波反應器的概述

微波反應器是采用微波功率自動變頻控制和非脈沖連續(xù)微波加熱的一款反應器，通過高精度的非接觸紅外溫度傳感器實時監(jiān)測和控制反應容器內(nèi)的溫度，并同時配備電磁和機械兩種攪拌方式。微波反應器對吸波性物質(zhì)具有獨特的加熱作用，在加熱過程中，由電場和磁場組成的微波對偶極子、自由電子和磁疇進行攪動，改變他們的運動方向和位置以及電子的旋轉(zhuǎn)方向。微波反應器能夠強化反應和分離過程，具有加熱速度塊，效率高，可催化和加速反應，自動化控制、能耗低，清潔無污染等特性。

3.2微波反應器的特點

①微波及其作用原理

對于低介電損耗特性的物料，微波能夠輕易穿透物料，而物料吸收微波所傳遞的能量也很低；對于具有較好介電損耗特性的物料，隨介電損耗值的增加，其穿透深度不斷降低，吸收微波的能量先增加后減少；對于塊體金屬等非介電損耗物料，微波會被反射導致穿透深度極低，物料所吸收的微波能量也極低。因此，通過對物料介電特性的研究，可知低損耗、低傳熱的物料可用作微波透波保溫材料；非損耗物料金屬板可用作微波腔體外殼材料；損耗較高的物料可以高效被微波加熱和處理。

  ②微波加熱機制

（1）偶極損耗

偶極損耗是指某些物料，如水、極性溶劑等，被置于微波磁場中時其中的分子會極化產(chǎn)生偶極子，從而快速吸收微波而被均勻加熱的一種損耗形式。

（2）傳導損耗

微波電場在純金屬粉體和半導體內(nèi)部產(chǎn)生一個與外部磁場方向完全相反的感應磁場，這個感應磁場會產(chǎn)生一種迫使移動的電子以速度v向著相反方向移動的作用力，于是電子就獲得了動能，而其運動受到了慣性、彈性碰撞以及分子之間相互作用產(chǎn)生的摩擦力的影響，震蕩的微波電磁場會頻繁導致這種現(xiàn)象的發(fā)生，由此實現(xiàn)物料內(nèi)部的均勻加熱

（3）磁滯損耗

磁滯損耗是指在外部磁場快速改變方向而震蕩的情況下引起物料內(nèi)磁疇取向出現(xiàn)諧振而產(chǎn)生熱量。

（4）渦流損耗

外部磁場的強度在循環(huán)周期內(nèi)處于不斷增強階段時，在導體表面會感應產(chǎn)生閉環(huán)的渦流，感應渦流會引發(fā)一個方向相反的感應磁場來抵抗外來磁場場強的增大，隨著外部磁場場強的降低，感應漩渦又會引發(fā)一個感應磁場來抵消外部磁場強度的減小，感應漩渦方向的改變，微波能就會在物料內(nèi)部損耗并轉(zhuǎn)化為熱能。

③微波強化反應過程的原理：

（1）微波穿透極性溶劑在高電場強度區(qū)域快速完成原位的能量消耗，傳熱距離短，同時液體的導熱能力強，即可快速實現(xiàn)整體加熱，使反應體系的溫度場更加均勻，同時液體導熱能力強，即可實現(xiàn)整體加熱，使反應體系的溫度場更加均勻，反應更加均勻；

（2）在有機和無機合成等方面，由于很多參與反應的離子基團屬于極性物質(zhì)，在微波條件下更容易提高溫度獲得能量，從而提高其反應活性，加速反應的進行；

3.3微波反應器的優(yōu)勢

①縮短反應時間、降低反應溫度、提高反應選擇性，解決化學工業(yè)“三高”問題。

②微波可穿透高粘度、低導電性或強腐蝕性物料進行高效加熱。

③溫度控制好、加熱速度快、溫度均勻、能夠整體加熱以及選擇性加熱。

④微波強化化工分離過程，微波穿透物料進入內(nèi)部直接作用于目標分子，形成了獨特的內(nèi)部溫度高（氣壓大）、外部溫度略低的溫度梯度，非常有利于目標分子的分離，同時物料中不同物相的介電特性、熱膨脹系數(shù)等的差異性，使其在微波場中的升溫行為不同，進而導致物料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋和暴露更多的目標分子，提高分離效率。

⑤微波輔助有機合成、多相催化和無機合成等化學反應過程的研究，對化學反應強化效果明顯，如反應時間由傳統(tǒng)加熱的數(shù)小時縮短到幾分鐘，收率及產(chǎn)品純度更高。

⑥微波加熱是以輻射的方式傳遞能量,這種方式可以直接對溶液進行加熱,而不需經(jīng)過容器傳遞熱量，加熱均勻，有利于加速反應和減少產(chǎn)物降解。

 以上均為市面較為常見的同類型設(shè)備的原理和介紹，但微反應器的微結(jié)構(gòu)最大的缺點是固體物料無法通過微通道，如果反應中有大量固體產(chǎn)生，微通道極易堵塞，導致生產(chǎn)無法連續(xù)進行。目前這一問題主要是通過改進反應器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來解決。而微化科技就看到了這一不完善，獨立研發(fā)設(shè)計制造了一款HL 反應器！

HL 反應器：原理是利用反應器內(nèi)的動態(tài)混合裝置將物料打碎混合，達到高效混合并快

速反應的目的。

適用于黏度 0-2000cp 范圍的反應，適用范圍廣。比表面積大，可達 3000-4000m2/m3。

適用于均相、非均相或多相反應，能夠有效的提高反應界面，促進反應傳質(zhì)，非常適合有固體或漿料存在的反應，可以得到粒度分布均勻的固體。

且適用于氣液兩相反應，能夠有效的提高反應界面，有效控制氣泡聚并，提升氣泡與液相的交互行程，有利于液相的單程吸收。

化工生產(chǎn)要想做到安全平穩(wěn)運行，就必須將傳統(tǒng)的反應釜設(shè)備升級為管式或微通道設(shè)備，減少單位時間的投料量，實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)方能達到真正意義上的安全生產(chǎn)。我們貴州微化科技也一直堅守“讓化工人安心”的企業(yè)使命，持續(xù)不懈的深耕該領(lǐng)域，并與多家高校和科研機構(gòu)做產(chǎn)學研的深度合作，以研發(fā)創(chuàng)新為導向，正闊步走在成為全國連續(xù)流工藝及裝備解決方案之領(lǐng)導者的路上。

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