微反应器强化传热传质在化工过程的应用

强化传质传热是提高化学反应连续性、选择性、安全性等的关键。以强放热反应为例，过氧化 反应、硝化反应、重氮化反应等是化学工业中常见 的强放热反应，这类反应通常涉及精细化工、 环境保护、生物医药等领域产品的开发和 合成。由于强放热反应过程通常伴随剧烈的热量 释放，热量易在反应器局部聚集，导致副反应增多， 甚至引发热失控，造成严重安全事故。由于传统釜 式反应器结构简单、设备成本低，化工行业现阶段 仍以釜式反应器为主。针对强放热反应，釜式反应 器多采用机械搅拌和夹套换热的方式强化传质传 热，但其传质传热性能仍然较差，无法有效控制反 应温度，导致反应选择性和反应物产率下降，尤其 是存在较大的安全隐患。因此亟需新的技术解决 釜式反应器传质传热性能较差带来的诸多问题。 为解决化学反应对传质传热性能的高要求， 管式、板式等微反应器越来越受到人们的关注，并 已经在化工行业得到推广应用。微反应器采 用微加 工 制 造 技 术，设计通道尺度在 10 μm ～ 3 mm 范围的流动化学反应器。由于微反应器 较小的通道尺寸，较短的传质距离和较高的比 表面积等优点，微反应器可以提供更快速的混合 效果、更优异的换热性能、更精准的温度控制、从而提高反应选择性和反应物产率，减少局部热点产生，提高化工反应过程安全。因此，微反应器在化学工业展现出广阔的应用前景，尤其 在强放热反应、连续流反应等领域，通过精确的流 动控制和精准的反应条件优化，可以实现高效、安全、可持续化的化学反应过程。 本文归纳总结了近几年微反应器在精细化工、环境保护、生物医药等领域的研究。首先介绍 了微反应器通道尺寸小、混合效果好、比表面积大、换热效率高、反应参数控制精准、体积小、易于平行放大和模块化设计、连续流操作、生产效率高 等优点; 其次总结了微反应器强化流体流动、减小 传热距离和增大传热比表面积、选择高性能冷却 介质、选择高导热材料等强化传质传热策略; 然后 介绍了微反应器在强放热反应中的最新应用，其 中包括过氧化反应、硝化反应和重氮化反应; 最后 对微反应器进行了总结和展望，从而为微反应器在工业生产领域的设计、制造、应用提供指导。