微通道反應器是一種連續(xù)流動的管道式反應器，包括化工單元所需要的混合器、換熱器、反應器控制器等。目前，微通道反應器總體構造可分為兩種：一種是整體結構，這種方式以錯流或逆流熱交換器的形式體現(xiàn)，可在單位體積中進行高通量操作。在整體結構中只能同時進行一種操作步驟，最后由這些相應的裝置連接起來構成復雜的系統(tǒng)。另一種是層狀結構，這類體系由一疊不同功能的模塊構成，在一層模塊中進行一種操作，而在另一層模塊中進行另一種操作。流體在各層模塊中的流動可由智能分流裝置控制對于更高的通量，某些反應器或體系通常以并聯(lián)方式進行操作。
原理：
微通道反應器主要是指以表面科學與微制造技術為核心，經(jīng)過微加工和精密技術制造的一種多通道微結構小型反應器，而微反應器的通道尺寸僅有亞微米和亞毫米級別。除此以外因為微反應器有優(yōu)于傳統(tǒng)化工設備1-3個數(shù)量級的傳熱/傳質(zhì)特性，所以特別適合做高放熱和快速反應的實驗。
微化工技術思想源自于常規(guī)尺度的傳熱機理。對于圓管內(nèi)層流流動，管壁溫度維持恒定時，由公式(1)可見，傳熱系數(shù)h與管徑d成反比，即管徑越小，傳熱系數(shù)越大；對于圓管內(nèi)層流流動，組分A在管壁處的濃度維持恒定時，傳質(zhì)系數(shù)kc與管徑成反比(公式(2))，即管徑越小，傳質(zhì)系數(shù)越大。由于微通道內(nèi)流動多屬層流流動，主要依靠分子擴散實現(xiàn)流體間混合，由公式(3)可知，混合時間t與通道尺度平方成正比。通道特征尺寸減小不僅能大大提高比表面積，而且能大大強化過程的傳遞特性。
Nu=hd/k=3.66(1)
Sh=kc/DAB=3.66(2)
t=d2/DAB(3)
其中Nu為努塞爾數(shù)、Sh為謝伍德數(shù)、D為擴散系數(shù)。
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)尺度反應設備內(nèi)進行時，受傳遞速辛控制，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，其實現(xiàn)過程強化的關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。
