微反应器发展概况
微反应器介绍及其研究进展
化工学术讲座课程论文题目微反应器介绍及其研究进展学号姓名成绩老师签名定稿日期：2015 年12 月20 日微反应器介绍及其研究进展摘要：近年来，随着微尺度下“三传一反”研究的进展，微尺度流体的性能得到了深入揭示，微反应器技术也被广泛应用于科学研究和工业生产领域。
本文系统介绍了微反应器的结构特点、性能优势、研究进展，进而分析了微反应器的发展方向。
关键字：微反应器；微反应技术1 引言进入21世纪，化工过程向着更为绿色、安全、高效的方向发展，而新工艺、新设备、新技术的开发对于化工过程的进步是十分重要的。
在这样的背景下，微化工系统的出现吸引了研究者和生产者的极大关注。
微化工系统并非简单的微小型化工系统，而是指带有微反应或微分离单元的新型化工系统。
在微化工系统中，微反应器是重要的核心之一。
“微反应器(microreactor)” 最初是指一种用于催化剂评价和动力学研究的小型管式反应器，其尺寸约为10 mm。
随着本来发展用于电路集成的微制造技术逐渐推广应用于各种化学领域，前缀“micro”含义发生变化，专门修饰用微加工技术制造的化学系统。
此时的“微反应器”是指用微加工技术制造的一种新型的微型化的化学反应器，但由小型化到微型化并不仅仅是尺寸上的变化，更重要的是它具有一系列新特性，随着微加工技术在化学领域的推广应用而发展并为人所重视。
现在所说的微反应器一般是指通过微加工技术制造的带有微结构的反应设备，微反应器内的流体通道或者分散尺度在微米量级[1]，而微反应器的处理量则依据其应用目的的不同达到从数微升/分钟到数万立方米/年的规模。
近年来与微反应器相关的流动、混合、反应等方向的研究工作发展十分迅速，带动了微反应器技术的快速发展。
微反应器内流体的存在状态不同于传统的反应器，其内部流体的流动或分散尺度在1μm到1mm之间，这种流体被称为微流体。
微流体相对于常规尺度的流体具有一定的特殊性, 主要体现在流体力学规律的变化、传递过程的强化、固有的安全性以及良好的可控性等。
微型反应器的应用前景
微型反应器的应用前景微型反应器是一种新型的化学反应器，它以微细的体积、高效的反应、可控的反应条件、安全可靠和环保等诸多优点，在化学制造、药物开发、生物工程以及材料科学等各个领域得到了广泛的应用。
本文将探讨微型反应器的应用前景，从三个方面进行讨论。
一、微型反应器在化学制造领域的应用前景化学制造是传统的应用领域，微型反应器在化学制造中的应用可以提高反应效率，降低废料产生，提高产品的质量和安全性。
由于微型反应器具有小尺寸、可定量控制反应毒性和温度等诸多特点，因此被广泛应用于化学催化、聚合、氢化加氢、脱羧、酯化、酰胺化、酰基化和氧化等反应。
例如，微型反应器在化学催化中应用广泛，可以有效解决传统液相催化反应中分离副反应产物和清洗催化剂等问题，从而提高反应产物的纯度和产量。
此外，微型反应器还可以用于制造无机、有机、金属和半导体等领域的新材料。
二、微型反应器在药物开发领域的应用前景微型反应器在药物开发中的应用越来越受到关注。
首先，微型反应器可以精细调节反应条件和反应速率，从而获得更加稳定和高质量的药物分子。
其次，微型反应器由于其小尺寸和授权设计，可以通过数据分析和仿真技术准确预测和控制不同药物的反应特性，提高药物研发效率和降低研发成本。
此外，微型反应器还可以用于药物质量控制、动物试验、临床前研究以及药物生产等领域。
三、微型反应器在生物工程领域的应用前景生物工程是应用生物学原理和工程技术解决人类社会问题的科学，微型反应器在生物工程领域具有很高的应用前景。
首先，微型反应器可以加速生物学反应过程，减少生物产物的流失和丢失，并实现精细调节反应条件，提高生物产物的质量和效率。
其次，微型反应器具有可靠性和安全性，可以保护生物体系中不稳定的生物样品，使生物反应更加稳定和可持续。
此外，微型反应器还可以用于生物学研究、基因工程、合成生物学以及环境监测等领域。
总的来说，微型反应器作为一种快速、有效、精细和可控的化学反应器，在化学制造、药物开发和生物工程等领域拥有广阔的应用前景。
微反应器的发展的意义和前景
微反应器是一种反应物质在微米级别通道内连续流动、发生反应、同时实现换热的装备。
他具体传统反应器所不具备的恒温、传热、传质、生产效率高等诸多优点，所以包含医药、饮料、化工、颜料、树脂、科研等多个领域有着广泛的应用。
本篇主要对微反应器的意义和发展的前景意义做出概述。
一、微反应技术发展的意义微反应成套技术属于国家产业结构调整目录鼓励发展的先进实用化工生产技术，具有投资小、占地少、能耗低、收率高、品质优、环境友好的特点，可实现连续、稳定、大规模、清洁化生产。
因此，该技术还可拓展用于含能材料、医药中间体合成等领域，对传统化工生产的转型升级意义巨大。
微反应成套技术实现了从实验室到工业化的完整跨越，具有两个方面的重大科学意义：第一，将微化工技术的过程强化及微型化、系统风险分散、并行放大与柔性生产模式从科学原理转变为技术现实，实现了微反应硝化成套技术工业化应用的重大技术突破，为现代化工技术提供了一种全新的工业化生产理念和方式。
第二，微反应硝化成套技术作为具有完全自主知识产权的高新技术，有力促进了我国化工技术水平跨越式进步，对我国含能材料、医药中间体合成等产业的现代化转型升级开辟了新的思路和方法，为能源、化工、军工和医药等行业提供了安全高效的生产解决方案。
二、前景与展望近几年，微反应器在制备无机颗粒材料的研究方面取得了很多成果，具有很大的潜力和应用前景。
微化学工艺在各领域中的应用随着不同领域之间合作研究的加强而不断增加，利用微反应器可以合成半导体材料、金属、聚合物等，与传统的反应器相比，颗粒的尺寸大大减少，达到纳米级。
但是利用微流体技术合成纳米颗粒和生物材料仍处于初期阶段，存在一些难度，如微通道堵塞、监测与控制问题，有待进一步研究开发。
在未来，利用微流体技术可以开发出大量的新型材料。
所以我们有必要相信微反应器将在化学工业中发挥出巨大的作用。
上海惠和化德生物科技有限公司，是一家专注于微反应器连续工艺开发及工业化的创新性高科技公司。
2023-2028全球及中国微通道反应器行业市场调研及投资前景分析报告
2023-2028全球及中国微通道反应器行业市场调研及投资前景分析报告2023-2028全球及中国微通道反应器行业市场调研及投资前景分析报告一、引言微通道反应器是一种高效、紧凑、可扩展的化工反应装置，可以在微通道内进行化学反应。
近年来，随着化工领域的快速发展以及对能源高效利用的需求，微通道反应器在全球范围内受到了广泛关注和应用。
本报告旨在对全球及中国微通道反应器行业的市场状况进行调研，并对未来的投资前景进行分析。
二、全球微通道反应器市场概述1.市场发展历程：自20世纪90年代初微通道反应器首次出现以来，市场规模逐步扩大，并且得到了越来越多的关注和应用。
2.市场现状：全球微通道反应器市场规模持续增长，主要用于化学合成、生物制药、石油化工等领域。
美洲地区占据市场份额的40%，亚洲地区占据30%，欧洲地区占据20%。
3.市场趋势：未来，全球微通道反应器市场将继续保持增长势头。
主要趋势包括微通道反应器的规模化应用、新材料的研发应用以及产业升级等。
三、中国微通道反应器市场概述1.市场发展情况：中国微通道反应器市场在过去几年中得到了快速发展，市场规模逐渐扩大。
目前，中国已成为全球微通道反应器的主要生产和消费国家。
2.市场现状：中国微通道反应器市场主要应用于新能源、新材料、化工和生物医药等领域。
目前，市场规模占全球微通道反应器市场的25%左右。
3.市场趋势：未来，中国微通道反应器市场将继续保持快速增长，主要趋势包括技术创新、产业升级以及政策支持等。
四、全球微通道反应器行业竞争格局1.主要参与者：全球微通道反应器行业存在着较为激烈的竞争。
主要参与者包括美国的Sigma-Aldrich、德国的Greenovation、中国的昆明微通道科技等。
2.竞争策略：主要竞争策略包括技术创新、产品研发、市场拓展以及合作伙伴关系的建立等。
3.发展趋势：未来，全球微通道反应器行业竞争将更加激烈。
主要趋势包括技术研发的加强、市场细分的深入以及企业间的合作与整合等。
生物反应器工程的进展及应用前景
生物反应器工程的进展及应用前景随着生物技术和生物工程技术的发展，生物反应器工程也越来越受到人们的关注。
生物反应器是一种将微生物、细胞或酶等生物体系与物理化学体系联系起来，实现生物过程的转换和放大的设备。
它广泛应用于制药、食品、化工等领域，可用于生产药品、饮料、乳制品、酒精、食品添加剂等多种产品。
本文将探讨生物反应器工程的进展及应用前景。
一、生物反应器工程的发展历程生物反应器工程作为一门交叉学科，源于20世纪50年代初期的微生物发酵工程。
20世纪60年代末至70年代初，在生物工程和生物技术的推动下，生物反应器工程开始成为一个研究领域，逐渐形成了自己的研究体系和学科体系。
随着生物技术的飞速发展和工业化需求的增加，生物反应器工程逐渐成为一门独立的学科，成为生物化学、化工、环保工程等领域的重要组成部分。
二、生物反应器工程的进展1. 设备结构创新随着现代计算机技术和传感器技术的发展，生物反应器的结构不断被改进。
计算机模拟、分析和模型控制大大提高了反应器的性能和效率，从而提高了生产效率和质量。
同时，反应器的形式也得到了广泛的改进，如批量、连续、半连续和离散反应器等。
2. 微观反应器的发展微观生物反应器是新型反应器的研究方向之一。
微小的反应器可以为微生物的生长和代谢提供一种环境，从而提高反应器的效率和转化率。
同时，微观反应器可以为不同的微生物提供不同的温度、pH值、氧气和营养物质，从而优化微生物的生长和代谢。
微观反应器在微生物代谢的研究、新型药物结构的发现和制造、缩短生物反应器的反应时间等方面具有广泛的应用前景。
三、生物反应器的应用前景1. 药物开发及制造生物反应器在制药领域的应用越来越广泛。
通过生物反应器工程可以生产出诸如生物药物、口服药物、治疗癌症的药物等等。
这些药物在生产过程中，可以通过生物反应器工程的手段来控制它们的制造，以便使可得到更具品质管理的产品。
生物反应器工程的重要性对于制药领域的质量安全以及新型药物的研发十分重要。
微型反应器的设计和应用
微型反应器的设计和应用随着科技的不断进步，化学反应器的规模不止缩小，从宏观到微观的跨越也是关键。
从宏观到微观的低噪声，微型反应器也成为科学研究和工业生产中必不可少的一环。
一、微型反应器的发展微型反应器的基本概念是指在微米、毫米甚至亚毫米的空间范围内设置反应器，整个反应在一个微小空间里完成，与常见的宏观反应器不同，常见的反应器一般达到好几十甚至几百立方米。
微型反应器的优点在于反应物与催化剂接触的接触时间更短，反应物能够更均匀地通过反应器，生成的产物也能够更快的与体系分离，从而大大提高反应效率。
微型反应器本质上是一种新型的化学反应装置，可以被认为是化学反应器领域中的一项前沿技术。
大约二十年前，微型反应器在实验室当中出现，之后，微型反应器越来越普遍地用于在微观尺度处合成和分析化合物。
在学术界，微型反应器已经被用于合成材料、药物、纳米材料以及异质催化剂。
据统计，微型反应器的研究和应用领域日益广泛，包括有催化剂合成、金属催化型碳氢键活化、等离子提纯、荧光标记、纳米颗粒合成和小分子分析等。
尽管微型反应器的工作原理与宏观反应器类似，但基于尺寸的影响，它们的性质却与宏观反应器截然不同。
二、微型反应器的特点1. 反应器小型化由于微型反应器是在微观距离上完成反应的，这种特殊的设计使得整个反应器非常小巧，大小通常在微米到毫米之间。
这种小型化的设计对于反应速度和反应效果都有很大的帮助，因为反应物相互作用的距离变得非常近，这可以加速反应速度并提高反应效率。
2. 操作简便由于微型反应器的小巧和灵活性，操作也变得更加容易和简单。
添加反应物和调整反应条件都变得更加实际和容易，因此这使得微型反应器广泛应用于学术和工业研究。
3. 高效正是因为微型反应器的设计，微型反应器能够提供更快的反应速度和更高的反应效率，这是由于反应物在微米到毫米的空间中，可以更均匀地和催化剂接触。
4. 量身定制微型反应器的设计和生产具有高度的灵活性。
科学家们可以根据不同的反应需要定制不同的微型反应器，包括反应器的形状、大小、材料、通道设计等。
微通道化学反应器的设计及优化
微通道化学反应器的设计及优化随着科技的不断进步，化学反应器的设计与制造已经进入了微观尺度的领域。
微通道化学反应器是一种基于微流体技术的新型反应器，它具有高效、快速、低能耗等优点，因此在实验室和研究中得到了广泛的应用。
本文将从微通道化学反应器的定义、优点和应用中探讨其设计和优化的方法。
一、微通道化学反应器的定义微通道化学反应器是指在毫升级别以下的微型反应器中，通过改变微型通道的特性，控制反应物和溶液的流动状态，实现化学反应的过程。
它是一种基于微流体技术的新型反应器，适用于各种化学反应和制备，如有机合成、催化反应、聚合反应等。
微通道化学反应器的主要结构包括微通道反应器本体、上下游对接组件、进料口、出料口等。
二、微通道化学反应器的优点相对于传统的大型化学反应器，微通道化学反应器具有以下优点：1.快速：由于微通道反应器的尺寸极小且在微级范围内，反应物和溶液的物质传输效率更高，反应速度更快，反应时间更短。
2.高效：微通道反应器中，反应物与催化剂的接触面积变大，对反应的物料进行混合和分散作用更加显著，因此反应效果更佳。
3.低能耗：由于微通道反应器中反应溶液的体积远小于传统化学反应器，因此在制备和反应过程中所需的能耗较低，省去了大量装置、热交换器和冷却器等反应器自带的设备。
4.实时监测：微通道反应器中，反应过程实时可控，可在线实时监测反应过程，实现安全操作和反应过程的最佳控制。
5.绿色环保：由于采用微通道反应器，可实现溶剂和催化剂的高效利用，从而大大降低潜在的污染物的排放。
三、微通道化学反应器的应用微通道化学反应器在各种化学反应和制备中均有应用，如有机合成、催化反应、聚合反应等。
具体应用领域如下：1.有机合成：微通道化学反应器可应用于各种有机合成反应，如酯化反应、脱水反应、烷基化反应等，针对化学反应过程中难控、难扩展的问题，微通道化学反应器可以很好地解决，从而大大提高化学反应的效率和品质。
2.催化反应：微通道化学反应器可应用于各种催化反应，如均相氧化反应、氢化反应、酸碱催化反应等。
微反应器的基本特征
微反应器的基本特征一、微反应器的概念及发展历程微反应器是指在微米尺度下进行的反应器，其体积小、传质效率高、热质量传递快等特点，使其在化学合成、药物合成等领域得到广泛应用。
自1960年代以来，随着微加工技术的发展，微反应器得到了快速发展。
目前已经有多种类型的微反应器问世，如毛细管微反应器、芯片式微反应器等。
二、微反应器的基本结构及原理1.基本结构微反应器通常由两个或多个互相连接的流道组成，其中一个流道中装有催化剂或固相催化剂。
通过控制流体在不同流道中的流动速度和混合程度，可以实现高效地混合和传质，并且可以控制温度和压力等参数。
2.原理与传统宏观反应器不同，微反应器中的液体和气体通常是分散相或连续相。
当液滴或气泡通过催化剂时，会发生化学反应。
由于液滴或气泡非常小，因此表面积大大增加，并且传质效率也大大提高。
此外，微反应器中的流体可以通过微流控技术进行精密控制，从而实现高效、可重复的反应。
三、微反应器的优点1.高效传质：由于微反应器中液滴或气泡非常小，表面积大大增加，因此传质效率比传统宏观反应器高出数倍甚至数十倍。
2.快速热质量传递：由于微反应器体积小、表面积大，因此热质量传递速度非常快。
3.精密控制：微反应器可以通过微流控技术进行精密控制，从而实现高效、可重复的反应。
4.节约成本：由于微反应器体积小、催化剂用量少，因此可以节约催化剂和溶剂等原材料成本。
5.绿色环保：微反应器通常使用的是非常少量的催化剂和溶剂等原材料，在一定程度上减少了对环境的污染。
四、微反应器在化学合成中的应用1.合成有机物利用微反应器可以实现高效合成各种有机物，例如药物、农药、染料等。
2.生物化学反应微反应器可以用于生物化学反应，如酶催化反应、细胞培养等。
3.合成纳米材料微反应器可以用于合成纳米材料，如金属纳米粒子、氧化物纳米管等。
4.研究反应机理微反应器可以用于研究各种化学反应的机理，从而深入了解其原理和规律。
五、微反应器的发展趋势1.多功能化：未来的微反应器将不仅仅是单一的合成工具，还将具有多种功能，例如分离、传感和检测等。
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2
t～ l D
式中：D－扩散系数； l－扩散特征尺度； t－混合时间。
当混合流体处于同一微通道内时，分子扩散路 径大大缩短，因此仅依靠分子扩散就可在极短的时 间内（毫秒至微秒级）实现均匀混合。
尽管大部分微设备在层流区域内操作，但是以 下几种情况中也出现了湍流混合方式。另外，对于 一些接近传统尺寸、直径在几百微米范围内的微型 设备。当体积流速非常高时，也可形成湍流[7]。基于 以上混合概念，以下列出了流体微混合设备的几种 形式，每种微型接触装置的混合方式如图 2[8] 所示。
在惯性对流子域，流体发生形变并在流体运动 中被破碎，因此尺度的减小对微观混合没有作用， 这一进程可以认为是惯性对流介观混合过程。在粘
微反应器的特性决定了它在特定化学和化工 领域的应用，有着大反应器无法比拟的优越性，主 要表现在以下几个方面。
（1）面积体积比的增大和体积的减小 在微反应设备内，由于减小了流体厚度，相应 的面积体积比得到了显著的提高。通常微通道设备 的比表面积可以达到 10 000～50 000 m2/m3，而常规 实 验 室 或 工 业 设 备 的 比 表 面 积 不 会 超 过 1 000 m2/m3 或 100 m2/m3[5]。因此，比表面积的增加除了可 以强化传热外，也可以强化反应过程，例如，高效率 的气相催化微反应器就可以采用在微通道内表面 涂敷催化剂的结构。目前已有的界面积最大的微反 应器为降膜式微反应器，其界面积可以达到 25 000 m2/m3 ， [13-14] 而传统鼓泡塔的界面积只能达到 100 m2/m3，即使采用喷射式对撞流的气液接触式反应器 的比表面积也只能达到 2 000 m2/m3 左右[15]。若在微 型鼓泡塔中采用环流流动，理论上其比表面积可以 达到 50 000 m2/m3 以上[14-16]。 （2）转化率和收率 据统计，在精细化工反应中，大约有 20%的反 应可以通过采用微反应器，在收率、选择性或安全
2010 年 6 月
刘冠颖，等：微反应器发展概况
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应可以通过采用微反应器，在收率、选择性或安全 性等方面得到提高[17]。尽管只有 20%，但是考虑到精 细化工反应范围广、数量大，微反应器的应用潜力 是非常巨大的。巴斯夫公司在微反应器中合成维生 素前体时收率由 25%提高到 80%~85%。
（3）生产灵活性 微反应器是单独的反应系统，快速放大只是简 单的将微反应器进行平行叠加，即所谓的数增放大 （Numbering- up）[18]。在对整个系统进行优化时，只需 对单个反应器进行模拟和分析，这使在反应器的开 发过程中，不需要制造昂贵的中试设备，而且节省 了中试时间，缩短了开发周期。 （4）安全性能 由于微反应器的反应体积小，传质传热速率 快，能及时移走强放热化学反应产生的大量热量， 从而避免宏观反应器中常见的“飞温”现象；对于易 发生爆炸的化学反应，由于微反应器的通道尺寸数 量级通常在微米级范围内，能有效地阻断链式反 应，使这一类反应能在爆炸极限内稳定地进行；对 于反应物、反应中间产品或反应产物有毒有害的化 学反应，由于微反应器数量众多，即使发生泄漏也 只是少部分微反应器，而单个微反应器的体积非常 小，泄漏量非常小，并且能在其他微反应器继续生 产时予以更换。
微反应器有多种分类方式[3]，按操作模式可分为 间歇式微反应器和连续微反应器，按反应物的相态 可分为液液微反应器、气液微反应器和气液固三相 微反应器等。从混合的方式来看，按照有无外界动 力源可分为主动式混合器和被动式混合器 2 类[4]， 如图 1[4]所示。其中，被动式混合不需要外部能量的 加入，混合过程完全通过扩散或对流完成；而主动
目前主要研究单位有美国的杜邦公司、麻省理工 学院 （Massachusetts Institute of Technology，MIT）、 太平洋西北国家研究所 （Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）和 UOP 等；德国的美茵兹微技术 研究所（Institut für Mikrotechnik Mainz，IMM）、BA SF、Axiva、Merck 和 Bayer 等著名公司；法国的 Rh ne- Poulenc/Rhodia 以及荷兰和英国的 Shell 等公司 [18-20]；日本成立了经济产业省所属的产业技术综合 研究中心和以九州大学为主体的“九州微反应器技 术研究会”。国内多所高校研究所也在积极开展微 反应器的研究，清华大学孙永等[21]采用了一种新的
性对流子域中，涡旋受到与粘性有关的层流应力的 作用。通过粘性变形其尺度进一步减小，与此同时， 分子扩散逐渐产生了作用。当层流应力与分子扩散 相当时，粘性扩散开始作用，对于更小的涡旋，分子 扩散很快的使浓度达到均一。当涡旋的尺度小于 Kolmogorov 尺度 ηk 时，湍动动能的光谱密度可以 忽略，因此分子扩散只受粘性变形的影响。Batchelor 指 [10] 出，在直角坐标系下，流体微元在一个方向延 长，在另一个方向上快速变形，在第三个方向上适 当增长，从而形成细而长的薄片，在其收缩方向上 浓度梯度迅速变大，同时分子扩散得以强化。
式混合则要通过外场，如电场、温度场、磁场和超声
波等强化作用实现。
!T 型微混合器
!#被动式微混合器
# # #
###多交互薄式微混合器 "静态微混合器 $###混其沌它微类型合器
#
微混合器
## "
#
#
% #
# #
$##主动式微混合器
磁力搅拌型微混合器 声场 1 微混合器的分类[4]
度进一步减小，改进混合质量。 （3）分布混合 在微混合器内集成静态混合元
件，通过流体的分割重排再结合效应，减小流层厚 度，并增大流体间的界面。
（4） 分子扩散 分子水平均匀混合的必经之 路。在常规尺度混合器中，只有当剪切、延伸和分布 混合使流层厚度降至足够低的水平时，分子水平的 混合才有意义。而在微混合器中，由于微通道当量
图 2 基于不同混合概念的混合方法示意图[8] Fig.2 The diagrammatic sketch of mixing mode based on
different mixing concept[8]
a- 两种组分的多股支流注入混合；b- 小流体的周期性注入；c两组分流体薄层的多次分叉和重新组合；d- 外加传质动力，如搅拌， 超声波，电能和热能等；e- 两股支流的接触；f- 通过提高流速降低垂 至于流动方向的扩散长度；g- 两股高能支流的相互碰撞；h- 将一种 组分的多股支流注入另一组分的主体流体中。
Pohorecki 和 Baldyga[9]对不同子域内微观混合 机理进行了光谱分析。在流体力学基础上，从分析 湍动动能的光谱密度函数 E（K）和浓度函数 G（K） 可知：光谱密度是波数 K 的函数，而波数 K 又与涡 旋尺度的倒数成正比。对液体而言，浓度函数 G（K） 分布的光谱密度可以分成 3 个子域：惯性对流子 域、粘性对流子域和粘性扩散子域。
作者简介：刘冠颖（1987－），女，山西人，硕士研究生，主要从事粉末冶金多孔材料方面研究。电话：58742836。 邮箱：liuguanying@。
指导教师：方玉诚（1962－），男，钢铁研究总院教授，博士生导师，从事粉末冶金制品制备与应用技术的研发工作。
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当代化工
第 39 卷第 3 期
物料点的结构是层状的，但是，对于施米特准 数 Sc 不太大的情况下，发生变形的各层之间的扩散 混合要快于从环境中并入流体的速率。因此这些物 料点会迅速地失去其层状结构。
由上述分析可得出：微观混合过程是由分子扩 散、卷吸以及变形所组成，微元和涡旋是逐渐伸展 的，并伴随着分子扩散使混合区域得以扩展。
3 微反应器的优点
4 微反应器研究概况及存在的问题
20 世纪 90 年代初，随着芯片反应器及芯片实 验室的首次面世，微化工技术的概念迅速引起相关 领域专家的浓厚兴趣和极度关注。自 1997 年开始， 每年举办一届以“微反应技术”（MicroreactionTechn ology）为主题的国际会议；2003 年 4 月将召开第一 届“微通道和微小型通道”国际会议（International Conference on Microchannels and Minichannels），并 限定通道的特征尺度在 10 μm~310 mm 范围内。此 外，微全分析系统（micro total analysis system，μ- T AS）以及微传感器等领域都有相应的国际和地区会 议。
（1）层流剪切 在微混合器内引入 2 次流，使 流动截面上不同流线之间产生相对运动，引起流体 微元变形、拉伸继而折叠，增大待混合流体间的界 面面积、减少流层厚度。
（2）延伸流动 由于流动通道几何形状的改变 或者由于流动被加速，产生延伸效应，使的流层厚
基金项目：本文受国家高技术发展计划（863 计划）“新型套管式微孔膜反应器设计及应用”（2007AA030207）项目资助。 * 收稿日期：2010-04-09
湍动涡旋作用的结果导致由上述拉伸收缩作 用形成的细长薄片产生弯曲卷绕。Baldyga 和 Bour ne[11]发现收缩的薄片逐渐进入延伸的旋涡中，由于 拉伸作用与粘性耗散达到平衡，在涡旋尺度 δw=12ηk 时达到稳定。尺度为 δw 的涡旋在拉伸过程 中有流体从环境中加入，这种对流传质过程叫做 “卷吸”[12]。
1 微反应器的概念及分类
术 语“ 微 反 应 器（microreactor）”最 初 是 指 一 种 用于催化剂评价的动力学研究的小型管式反应器， 其直径约为 10 mm。随着本来用于电路集成的微制 造技术逐渐发展和推广于各种化学领域，前缀 “micro”含义发生变化，专门修饰用微加工技术制造 的化学系统，此时的“微反应器”是一种借助于特殊 微加工技术以固体基质制造的可用于进行化学反 应的三维结构元件[1]。微反应器内流体的微通道尺 寸在亚微米到亚毫米量级，所要求的化学反应在这 些通道中进行。因此，微反应器又叫“微结构”或“微 通道”反应器[2]。