微通道反應(yīng)器基本上都采用連續(xù)操作的方式,在均相體系中,小通量的微通道和毛細(xì)管微反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)以層流為主,而大通量的幾種微反應(yīng)器內(nèi)可以在較高的流速下獲得湍流。在非均相流動(dòng)體系中,隨著不互溶流體的引入,微反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生更為豐富的氣/液、液/液、氣/液/液等多相流流型。與傳統(tǒng)的開放空間式的反應(yīng)器不同,微反應(yīng)器內(nèi)的流體處于一個(gè)受限的空間內(nèi),在微通道的結(jié)構(gòu)、浸潤性和流體相含率的共同作用下,微反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生了兩相層流、液(氣)柱流、液滴(氣泡)流、環(huán)狀流等豐富的流型,同一設(shè)備內(nèi)的不同流型主要受設(shè)備結(jié)構(gòu)、相比、Ca數(shù)、We數(shù)等因素影響。而不同的流型帶來了不同的流場情況,這對于反應(yīng)過程的影響是十分顯著的,在微反應(yīng)器內(nèi)因?yàn)橄嘟缑鎸α黧w的分割作用和微通道對于流體的摩擦作用的存在,使得微反應(yīng)器內(nèi)存在強(qiáng)烈的內(nèi)循環(huán)和二次流流動(dòng),這對于強(qiáng)化反應(yīng)物的混合是十分重要的。
微通道反應(yīng)器內(nèi)的流體分散和混合尺度都在微米量級(jí)，相對于傳統(tǒng)設(shè)備內(nèi)多尺度的流動(dòng)、混合狀態(tài)，微反應(yīng)器內(nèi)的分散尺度更為均一，這也是得益于微反應(yīng)器內(nèi)取消了攪拌設(shè)備,代之以更為溫和的微結(jié)構(gòu)來完成流體的破碎和混合過程。研究結(jié)果表明,在微通道內(nèi)可以獲得多分散性因子小于2%的單分散乳液流和氣泡流。另外通過合理設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu)的排列方式,還可以獲得復(fù)雜的雙乳液和多乳液結(jié)構(gòu)，這使得微反應(yīng)器對反應(yīng)物的存在狀態(tài)更為可控。微反應(yīng)器多使用連續(xù)操作的模式，在流動(dòng)狀態(tài)上微反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)較為接近平推流,特別是在液柱流、液滴流等流型下,反應(yīng)器內(nèi)的軸向擴(kuò)散作用被極大地削弱,這使得反應(yīng)時(shí)間可以得到的控制。微反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間一般在毫秒到秒的量級(jí),快反應(yīng)可以在微反應(yīng)器內(nèi)完成,但對于慢反應(yīng)在微反應(yīng)器內(nèi)的應(yīng)用還有待于深入研究。微小的反應(yīng)體積帶來的另一個(gè)優(yōu)勢就是從開車到反應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間被大幅縮短。
