目前微通道反应器存在的局限有哪些?

Question

目前微通道反应器存在的局限有哪些?

Accepted Answer

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。微反应器通常含有小的

通道尺寸（当量直径小于500 µm）和通道多样性，流体在这些通道中流动，并要求在这些通道中发生所要求的反应。

图1 微通道内部的通道结构

微反应器设备根据其主要用途或功能可以细分为微混合器，微换热器和微反应器。如下图示杭州沈氏研发的微反器设备:

集成式微通道换热器、集成式微通道冷板、微通道反应器、微反应系统装置等。

集成式微通道换热器.png 集成式微通道冷板.png

图2 集成式微通道换热器和冷板

微通道反应器.png 微微反应系统装置.png

图3 微通道反应器和微反应器装置

虽然微反应器在化工工艺过程的研究与开发中已经得到广泛的应用，商业化生产中的应用正日益增多,但企业界很难界定

哪些反应适用于哪种微通道反应器，因为每个反应的特性不同，同时微通道反应器装置的种类也非常多。

以杭州沈氏节能科技股份公司的微反应器为例，目前沈氏节能实验室经过系统筛选，现列出部分适用于微通道反应器的

实验类型：氧化反应、格氏反应、格氏加成反应—消去反应、羟醛缩合反应、重氮化反应、巴尔茨-席曼反应、重氮化水解反应、

硝化反应等。

所有微通道反应器设备企业面临最大的一个问题在于研发中的放大效应。理论上微通道反应器是采用数量放大的，并不会

出现放大效应。但是实际操作过程中并非如此，由于单纯采用数量放大会导致非常高的设备成本与控制成本。这导致实际的放大

过程中，可能需要对通道尺寸，反应器的组合方式进行调整，而这些调整极度有可能导致微通道反应器的比表面积，传递特征长

度，停留时间分布发生改变，导致实际生产过程与小试实验存在偏差。

图4 微通道的外表面结构

另外还存在的问题就是就是工艺流程的适配性问题，微反应器由于通量的问题，在选泵与其他后续工段的衔接上都会有问

题。比如说如果微通道反应器通量小，有可能会导致后续的过程，比如说精馏根本选不出合适的设备。这样不得不把后续过程

变成间歇过程或者需要在两个流程之间加入缓冲单元。

图5 微通道反应器内部工作演示

微通道反应器的腐蚀问题不能忽视，耐腐蚀性要求要高于常规反应器。我们知道，微通道反应器本身通道尺寸就非常小。

常规容器中的腐蚀标准对于微通道反应器来说要求还是太低的。比如说我们常规容器内腐蚀余量可以取0.1mm/a这样比较大

的数值。只要保证结构强度就可以正常使用。但微通道反应器内部一样，通道本来就小，腐蚀再强烈的话通道特征尺寸就会

改变，甚至发生内漏。因此微通道反应器对于腐蚀的要求要更加严格，尤其是对于金属反应器，在投产前一定要考虑腐蚀试

验的问题。

作为一个新兴的领域，新型的微反应器还有待开发，特别是在微反应器的放大规律和工业化应用上还需要大力加强。