“三傳一反”也即傳質(zhì)傳動(dòng)傳熱和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是化工的本質(zhì),釜式反應(yīng)過(guò)程和微化工反應(yīng)過(guò)程都遵循這一邏輯,但二者又有表現(xiàn)形式的不同。釜式反應(yīng)器內(nèi)完成的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,從混合開(kāi)始,隨著時(shí)間的推移,反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行直到完成。如果將釜內(nèi)從0%到100%的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的任何一點(diǎn)做可展示“切片”來(lái)理解,釜式反應(yīng)器內(nèi)全部反應(yīng)過(guò)程“切片”的展示需要時(shí)間的延續(xù)來(lái)完成。而微通道反應(yīng)器是將化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程在微通道內(nèi)連續(xù)流動(dòng)來(lái)完成,也即我們常說(shuō)的“物料進(jìn),產(chǎn)物出”,化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的0%到100%的任何一點(diǎn)的“切片”可在連續(xù)流微通道中同時(shí)展示出來(lái)。根據(jù)上述分析,釜式反應(yīng)器和微通道反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,需要用不同的“時(shí)空觀”去理解,對(duì)于后者,那央微化稱之為“微化工反應(yīng)過(guò)程時(shí)空觀”。因而,我們提出基于連續(xù)流微通道反應(yīng)器的“微化工三段式工藝邏輯”,即預(yù)混微分散過(guò)程、強(qiáng)化微反應(yīng)過(guò)程和延時(shí)熟化三個(gè)階段,該理論有助于我們理解微化工的工藝過(guò)程,同時(shí)可指導(dǎo)我們開(kāi)展微化工裝置的開(kāi)發(fā)和制造。
按照微化工三段式工藝邏輯,微反應(yīng)器設(shè)備可分為物料預(yù)混微分散微反應(yīng)器、過(guò)程強(qiáng)化微反應(yīng)器、延時(shí)熟化微反應(yīng)器。
1) 物料預(yù)混微分散微反應(yīng)器,其功能是將不同組分反應(yīng)物按照體積比(或摩爾比)進(jìn)行預(yù)混微分散,該過(guò)程是在百微米級(jí)微觀尺寸(尺寸范圍大約介于0.1-0.5mm)實(shí)現(xiàn)不同組分反應(yīng)物的初步混合,可控性強(qiáng),分散性好,混合均勻且快速高效。
2) 過(guò)程強(qiáng)化微反應(yīng)器,其功能是將預(yù)混好的不同組分反應(yīng)物,在設(shè)定的壓力、溫度等條件下,使其從百微米級(jí)微觀混合狀態(tài)推進(jìn)到微觀分子級(jí)混合狀態(tài),混合的過(guò)程即開(kāi)始進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。微反應(yīng)器微通道內(nèi)的微結(jié)構(gòu)具有高比表面、高效渦流引發(fā)能力等特點(diǎn),使得反應(yīng)體系具有高效傳質(zhì)能力,消除了傳統(tǒng)釜式反應(yīng)裝置的傳質(zhì)壁壘,從而提高了反應(yīng)效率、產(chǎn)物純度和產(chǎn)物收率。較大的傳熱系數(shù)同時(shí)保證了反應(yīng)體系熱量的快速傳輸和供給能力,使得微反應(yīng)器高效反應(yīng)的同時(shí)具備安全生產(chǎn)保障。
3) 延時(shí)熟化微反應(yīng)器,其功能是替代釜式反應(yīng)器中的熟化過(guò)程,讓反應(yīng)體系在流動(dòng)過(guò)程完成產(chǎn)物合成。對(duì)于不同的反應(yīng)體系,是選擇用延時(shí)熟化微反應(yīng)器還是釜式反應(yīng)器來(lái)完成生產(chǎn),要具體問(wèn)題具體分析,從而得出最優(yōu)選擇。