微反應(yīng)器，即“微通道反應(yīng)器”的簡稱。顧名思義，微反應(yīng)器是一種反應(yīng)物質(zhì)在微小通道內(nèi)連續(xù)流動、發(fā)生反應(yīng)、同時(shí)實(shí)現(xiàn)換熱的裝備。狹義上，微反應(yīng)器的通道尺寸一般在500微米以內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)分子間擴(kuò)散距離足夠短、傳質(zhì)效率高，和比表面積大、換熱效率高這樣的特性。然而，隨著精細(xì)化工行業(yè)對微反應(yīng)器用于化學(xué)品一定規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需求，和微反應(yīng)器通道的不斷優(yōu)化與改進(jìn)，微反應(yīng)通道尺寸早已達(dá)到毫米級。因此，廣義上，微反應(yīng)器是指能夠?qū)崿F(xiàn)高效換熱、高效傳質(zhì)的連續(xù)式平推流反應(yīng)器。      

微反應(yīng)器的制造可以由金屬和非金屬等多種材質(zhì)經(jīng)過精密微通道加工與密封實(shí)現(xiàn)。通常使用的材質(zhì)包括有：玻璃、碳化硅、不銹鋼、特種合金等等，反應(yīng)器的溫度范圍（通常為-50oC – 200oC）和壓力范圍（可達(dá)50公斤以上）也足夠?qū)?，可以滿足多種化學(xué)反應(yīng)對工藝條件的需求。

微反應(yīng)器是一種“工藝強(qiáng)化”利器，可以讓反應(yīng)在受控的時(shí)間和空間內(nèi)以更高的溫度、更高的濃度、和更快的混合來快速完成。通過工藝強(qiáng)化，化學(xué)反應(yīng)通常可以在分鐘級、甚至秒級實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，同時(shí)能夠較好地控制副反應(yīng)與雜質(zhì)的生成，從而達(dá)到提高收率、提升安全性、提高合成效率的綜合效果。

然而，微反應(yīng)器并不是萬能的技術(shù)，對微反應(yīng)器適用性的準(zhǔn)備判斷是應(yīng)用微反應(yīng)器進(jìn)行技術(shù)開發(fā)的重要一步?？梢詮乃膫€(gè)方面判斷其在具體化學(xué)反應(yīng)上的適用性：

反應(yīng)體系流動性是否良好：

即，是否存在影響體系流動性的因素。通常，液液相反應(yīng)、氣液相反應(yīng)、甚至氣液固三相催化類反應(yīng)（如催化加氫），均可以在微反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定流動。然而，若反應(yīng)原料、中間態(tài)、或者反應(yīng)產(chǎn)物存在固體，則需要考慮固體含量、形態(tài)等，以不堵塞反應(yīng)通道為前提。另外，對于某些高粘度體系，同樣存在流動性障礙，其實(shí)用性需要仔細(xì)考察。

反應(yīng)體系是否受傳質(zhì)控制：

k，傳質(zhì)速率??K1’，本征反應(yīng)速率

從反應(yīng)物到產(chǎn)物的反應(yīng)轉(zhuǎn)化速率受到傳質(zhì)速率和本征反應(yīng)速率的影響。相對較慢的一個(gè)速率通常決定了整個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化速率。對于液液非均相反應(yīng)、氣液非均相反應(yīng)、氣液固催化反應(yīng)等，反應(yīng)轉(zhuǎn)化速率往往受到傳質(zhì)速率的影響比較顯著。其中一個(gè)表現(xiàn)就是，如果攪拌速度加快，則反應(yīng)轉(zhuǎn)化速率加快。然而，對于工業(yè)化反應(yīng)設(shè)備，無法大幅度提升攪拌速度。因此，通過微反應(yīng)器的應(yīng)用可以強(qiáng)化傳質(zhì)速率，從而提升整體反應(yīng)速率。

反應(yīng)體系是否存在換熱限制：

反應(yīng)器的有效換熱面積和整體換熱系數(shù)是反應(yīng)“撤熱”的重要指標(biāo)。換熱效率不夠，輕則反應(yīng)雜質(zhì)增加，重則發(fā)生反應(yīng)失控。對于常規(guī)存在換熱局限的反應(yīng)設(shè)備，如攪拌式反應(yīng)釜，通常采用長時(shí)間緩慢滴加、大量溶劑稀釋反應(yīng)、大幅度降低反應(yīng)溫度等操作以減緩反應(yīng)速度，適應(yīng)反應(yīng)器的換熱能力。此類反應(yīng)往往可以利用微反應(yīng)器的高換熱能力的特點(diǎn)得到本質(zhì)改善。

反應(yīng)本征動力學(xué)速度：

反應(yīng)本征動力學(xué)速度與反應(yīng)的活化能、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度、和催化劑等因素密切相關(guān)。微反應(yīng)器擅長處理本征動力學(xué)速度為快速和中速的反應(yīng)。本征反應(yīng)速率過慢的反應(yīng)仍然無法通過微反應(yīng)器工藝強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)秒級或者分鐘級反應(yīng)。雖然很多反應(yīng)并沒有本征反應(yīng)速率的研究數(shù)據(jù)，但是實(shí)踐中常見硝化反應(yīng)、重氮化反應(yīng)、氯化反應(yīng)、氧化過氧化反應(yīng)等等，反應(yīng)速率較快。而需要高溫長時(shí)間加熱的反應(yīng)，往往本征反應(yīng)速率較慢。

精細(xì)化工和醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，微反應(yīng)器技術(shù)已經(jīng)廣泛涉獵于精細(xì)化工研發(fā)與生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，如：農(nóng)藥中間體、醫(yī)藥中間體、染料中間體、納米材料、環(huán)保處理、萃取、乳化等等，并成功使用于多個(gè)工業(yè)化項(xiàng)目。

1.過氧化反應(yīng)

有機(jī)過氧化物是聚合領(lǐng)域常用的引發(fā)劑，其合成和使用環(huán)節(jié)存在較多安全隱患，尤其是某些活性較高的低溫型引發(fā)劑。采用微反應(yīng)連續(xù)化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)、分離、和純化的全連續(xù)，在極小持液體積的反應(yīng)設(shè)備中安全生產(chǎn)出大量產(chǎn)品。

2.金屬有機(jī)反應(yīng)

藥物合成中經(jīng)常使用到丁基鋰、LDA等有機(jī)金屬試劑。該類反應(yīng)試劑使用危險(xiǎn)性高，容易著火。試劑本身易水解，對反應(yīng)體系和操作技能要求比較高，易出現(xiàn)反應(yīng)重復(fù)困難的情況。

金屬有機(jī)反應(yīng)通常需要采用液氮等方式控制極低溫度（如：-78oC）。然而，這并非反應(yīng)本身要求控制的溫度，而是受到反應(yīng)設(shè)備的傳熱局限性，為了減少反應(yīng)熱點(diǎn)而采用了更低的反應(yīng)溫度。在微反應(yīng)器上，此類反應(yīng)通常在-35oC附近即可實(shí)現(xiàn)很好的效果，選擇性往往有較大幅度提升。

3.氯化反應(yīng)

氯氣與反應(yīng)原料中活潑氫的自由基取代反應(yīng)，是碳?xì)滏I功能化的重要手段。比如，對芐位的氯化，可以得到一氯和多氯等中間體，繼而可以轉(zhuǎn)化為其他中間體；對乙酰乙酸乙酯的活潑亞甲基氯化，是獲得多種雜環(huán)的有效途徑。

傳統(tǒng)的氯化工藝通常為釜式鼓泡通氯，氯氣利用率很低，選擇性控制困難。降膜反應(yīng)器雖然可以減少返混，但是依然需要循環(huán)回收大過量的氯氣。

微反應(yīng)器為氯化提供了另外一種連續(xù)化的選擇。氯氣和原料以順流的方式進(jìn)入反應(yīng)器，原料當(dāng)量可以準(zhǔn)確控制。在一定的溫度下實(shí)現(xiàn)理想的平推流操作，從而提升反應(yīng)的選擇性。

氯化反應(yīng)需要對氯氣的流量進(jìn)行準(zhǔn)確控制，因此氯氣進(jìn)料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與性能是成功的關(guān)鍵因素之一。

氯氣進(jìn)料系統(tǒng)裝置照片

4.重氮化反應(yīng)

重氮化反應(yīng)是重要的氨基轉(zhuǎn)化的重要中間體，往往是快速、放熱劇烈的高危反應(yīng)。微反應(yīng)器對重氮化反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)極其準(zhǔn)確的流量控制、溫度控制，使得重氮鹽含量提升，偶聯(lián)雜質(zhì)和焦油含量明顯減少。

5.催化加氫

6.硝化反應(yīng)

7.18類高危工藝

2013年，國家安監(jiān)總局公布了18類重點(diǎn)監(jiān)管的高危工藝。這些高危工藝的一般特點(diǎn)是反應(yīng)劇烈、放熱量大、容易引發(fā)生產(chǎn)安全事故。微反應(yīng)器技術(shù)的高換熱能力、和低持液量等特點(diǎn)，是提升此類高危工藝的本質(zhì)安全手段，已經(jīng)在硝化、氯化、氧化、催化加氫等諸多反應(yīng)中得到了切實(shí)應(yīng)用，取得了良好效果。

8.噻呋酰胺中間體合成