微通道反應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管微反應器內(nèi)的流動以層流為主,而大通量的幾種微反應器內(nèi)可以在較高的流速下獲得湍流。在非均相流動體系中,隨著不互溶流體的引入,微反應器內(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器不同,微反應器內(nèi)的流體處于一個受限的空間內(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,同一設備內(nèi)的不同流型主要受設備結(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,這對于反應過程的影響是十分顯著的,在微反應器內(nèi)因為相界面對流體的分割作用和微通道對于流體的摩擦作用的存在,使得微反應器內(nèi)存在強烈的內(nèi)循環(huán)和二次流流動,這對于強化反應物的混合是十分重要的。
微通道反應器內(nèi)的流體分散和混合尺度都在微米量級，相對于傳統(tǒng)設備內(nèi)多尺度的流動、混合狀態(tài)，微反應器內(nèi)的分散尺度更為均一，這也是得益于微反應器內(nèi)取消了攪拌設備,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。另外通過合理設計微結(jié)構(gòu)的排列方式,還可以獲得復雜的雙乳液和多乳液結(jié)構(gòu)，這使得微反應器對反應物的存在狀態(tài)更為可控。微反應器多使用連續(xù)操作的模式，在流動狀態(tài)上微反應器內(nèi)的流動較為接近平推流,特別是在液柱流、液滴流等流型下,反應器內(nèi)的軸向擴散作用被極大地削弱,這使得反應時間可以得到的控制。微反應器內(nèi)的反應時間一般在毫秒到秒的量級,快反應可以在微反應器內(nèi)完成,但對于慢反應在微反應器內(nèi)的應用還有待于深入研究。微小的反應體積帶來的另一個優(yōu)勢就是從開車到反應系統(tǒng)穩(wěn)定的時間被大幅縮短。
