微通道反应器在聚合领域中的应用研究进展

化工过程的核心是“三传一反”。传统釜式反 应器装备技术成熟，设备投资可控，操作工艺和控 制技术简单，但难以实现连续化生产，效率低下， 而且反应过程中难以精确控制反应温度，产品中 副产物较多，严重影响了产品的纯度和质量。相比 之下，微通道反应器是一种连续流动、持续反应的 管道式反应器，常规尺寸在 10~1000 μm 之间。其 以微结构单元为核心，在微米或亚微米受限空间 内进行化学反应，通道比表面积大以及操作连续 化，使得对工艺反应的精确控制成为可能。 微通道反应器的基本原理是通过特殊设计 的微结构单元对流经的反应流体进行切割，实现 反应物之间以微米级，甚至更小空间区域进行混 合和换热，缩短反应时间和分离时间，缩小物料 在空间中的滞留量，减少副产物的生成，同时增 强了物料在微系统内流动、混合以及传递过程的 传导速率和可控性，实现过程安全、高效、可控的 现代化工技术要求。微通道反应器适用于以下反 应：①剧烈放热的反应；②反应物或产物不稳定 的化学反应过程；③反应物配比要求严格的快速 反应；④纳米材料和需要产物颗粒均匀分布的固 体生成反应；⑤聚合反应。

目前，微反应器在聚合反应中的应用仍然处 于起步阶段，缺乏可靠的理论指导，距离形成完 整的体系还有很长的路要走。微反应器技术自身 尚有许多局限性，并不是所有的化学反应都适合 在微反应器中进行。 深入微反应器的基础研究，对其在聚合反应 中的拓展将起到至关重要的作用。这一领域有两 个主要的发展方向：一是将微反应器引入更多的 聚合反应体系中，开发新的聚合过程，进一步挖 掘微反应器在聚合反应领域的潜力，为理论研究提供基础数据；二是采用先进的检测手段和数值 模拟方法，对微反应器内的混合和反应机理进行 探索，得出对反应过程的设计和新型微反应器的 开发具有指导意义的理论成果。 业界已经能用适当的工艺和材料制造出微 反应泵、微混合器、微反应室、微换热器、微分离 器和具有控制单元的完全耦合微反应系统。通过 结构优化和反应条件控制解决通道堵塞问题之 后，微通道反应器中进行的聚合反应可以实现对 聚合物分子量分布系数、分子结构及产物形貌的 控制，从而制备出满足功能要求的聚合物，同时 提高了聚合反应的安全可靠性。研究表明，微反 应器适用于精细化工行业中 20%的反应，对于解 决 18 类重点监管的危险工艺涉及的安全生产问 题很有意义，具有广阔的市场前景。 未来，随着反应工艺的不断优化，微反应器 很可能在一些特殊的聚合反应体系中取代传统 反应器，为可控结构和高性能聚合物的制备提供新的契机.