一個完整的化學(xué)反應(yīng)過程通常由合成、分離和分析等步驟組成，其中反應(yīng)試劑的混合以及加熱或冷卻問題可以被認為是影響反應(yīng)效率的最關(guān)鍵步驟。在大的反應(yīng)容器中，反應(yīng)物的混合不均會導(dǎo)致容器徑向存在較大的濃度梯度，從而影響整個反應(yīng)過程。因此能夠增加表面積與體積比，從而形成更高效的傳質(zhì)和傳熱交換表面的微反應(yīng)器應(yīng)運而生。

微反應(yīng)器即微通道反應(yīng)器，利用精密加工技術(shù)制造的特征尺寸在10到300微米之間的微型反應(yīng)器。但是微反應(yīng)器的“微”表示工藝流體的通道在微米級別，而不是指微反應(yīng)器尺寸小或者產(chǎn)量小。微反應(yīng)器中可以包含成百萬上千萬的微型通道，因此可以實現(xiàn)很高的產(chǎn)量。比如美國康寧公司實現(xiàn)了微反應(yīng)器的高通量化，推出了單臺年通量高達2000多噸的微通道連續(xù)流反應(yīng)器，提供了具有生產(chǎn)成本優(yōu)勢的工業(yè)化利器。

目前微反應(yīng)器在化工工藝過程的研究與開發(fā)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，商業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用正日益增多。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括有機合成過程，微米和納米材料的制備和日用化學(xué)品的生產(chǎn)。

例如，在銀催化下，甲醇制甲醛是重要的工業(yè)合成甲醛的方法。在一個大氣壓，850K～923K溫度范圍內(nèi)，甲醛：空氣摩爾比約為1：1時。該反應(yīng)為強放熱反應(yīng),需要在極短時間內(nèi)（約0.01s）接觸反應(yīng),并產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物。為克服以上問題，有人將微反應(yīng)器應(yīng)用于甲醇的氧化反應(yīng)。使用碳玻璃微反應(yīng)器后，在溫度783K，接觸時間3ms的條件下可得到很高的轉(zhuǎn)化率(約75％)和選擇性(約90％)。

微反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上常采用一種層次結(jié)構(gòu)方式，先以亞單元形成單元，再以單元形成更大的單元，便于微反應(yīng)器以“數(shù)增放大”的方式，來對生產(chǎn)規(guī)模進行調(diào)節(jié)。微反應(yīng)器由于內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)使其具有極大的比表面積，可達攪拌釜比表面積的幾百倍甚至上千倍。微反應(yīng)器有著極好的傳熱和傳質(zhì)能力，可以實現(xiàn)物料的瞬間均勻混合和高效的傳熱，因此許多在常規(guī)反應(yīng)器中無法實現(xiàn)的反應(yīng)都可以微反應(yīng)器中實現(xiàn)。

微反應(yīng)器又可分為氣固相催化微反應(yīng)器、液液相微反應(yīng)器、氣液相微反應(yīng)器和氣液固三相催化微反應(yīng)器等。

1.氣固相催化微反應(yīng)器

由于微反應(yīng)器的特點適合于氣固相催化反應(yīng)，迄今為止微反應(yīng)器的研究主要集中于氣固相催化反應(yīng)，因而氣固相催化微反應(yīng)器的種類最多。最簡單的氣固相催化微反應(yīng)器莫過于壁面固定有催化劑的微通道。復(fù)雜的氣固相催化微反應(yīng)器一般都耦合了混合、換熱、傳感和分離等某一功能或多項功能。運用最廣的甲苯氣-固催化氧化。

2.液液相反應(yīng)器

到目前為止，與氣固相催化微反應(yīng)器相比較，液相微反應(yīng)器的種類非常少。液液相反應(yīng)的一個關(guān)鍵影響因素是充分混合，因而液液相微反應(yīng)器或者與微混合器耦合在一起，或者本身就是一個微混合器。專為液液相反應(yīng)而設(shè)計的與微混合器等其他功能單元耦合在一起的微反應(yīng)器案例為數(shù)不多。主要有BASF設(shè)計的維生素前體合成微反應(yīng)器和麻省理工學(xué)院設(shè)計的用于完成Dushman化學(xué)反應(yīng)的微反應(yīng)器。

兩者分別代表了兩種典型的液相混合方式，前者采用靜態(tài)混合方式，即將流體反復(fù)分割合并以縮短擴散路徑，而后者采用流體動力學(xué)集中方法，即多個進料微通道呈扇形分布，集中匯入一個狹窄的微通道，通過液體的擴散作用迅速混合。

3.氣液相微反應(yīng)器

一類是氣液分別從兩根微通道匯流進一根微通道，整個結(jié)構(gòu)呈T 字形。由于在氣液兩相液中，流體的流動狀態(tài)與泡罩塔類似，隨著氣體和液體的流速變化出現(xiàn)了氣泡流、節(jié)涌流、環(huán)狀流和噴射流等典型的流型，這一類氣液相微反應(yīng)器被稱做微泡罩塔。

另一類是沉降膜式微反應(yīng)器，液相自上而下呈膜狀流動，氣液兩相在膜表面充分接觸。氣液反應(yīng)的速率和轉(zhuǎn)化率等往往取決于氣液兩相的接觸面積。這兩類氣液相反應(yīng)器氣液相接觸面積都非常大，其內(nèi)表面積均接近20000m2/m3，比傳統(tǒng)的氣液相反應(yīng)器大一個數(shù)量級。

4.氣液固三相催化微反應(yīng)器

氣液固三相反應(yīng)在化學(xué)反應(yīng)中也比較常見，種類較多，在大多數(shù)情況下固體為催化劑，氣體和液體為反應(yīng)物或產(chǎn)物，美國麻省理工學(xué)院發(fā)展了一種用于氣液固三相催化反應(yīng)的微填充床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)類似于固定床反應(yīng)器，在反應(yīng)室(微通道)中填充了催化劑固定顆粒，氣相和液相被分成若干流股，再經(jīng)管匯到反應(yīng)室中混合進行催化反應(yīng)。

麻省理工學(xué)院還嘗試對該微反應(yīng)器進行“放大”，將10個微填充床反應(yīng)器并聯(lián)在一起，在維持產(chǎn)量不變的情況下，大大減小了微填充床反應(yīng)器的壓力降。

微反應(yīng)器優(yōu)點：

傳質(zhì)、傳熱效率高，傳質(zhì)速度快，轉(zhuǎn)化率和收率高。

比表面積大，具有高效熱交換效率。

降低能耗的同時提高產(chǎn)物選擇性，保持環(huán)境清潔，減少化工生產(chǎn)過程中對環(huán)境的影響。

快速有效的混合，精準控制反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度，提高轉(zhuǎn)化率，避免副反應(yīng)發(fā)生。

采用連續(xù)流動反應(yīng)，反應(yīng)器中停留的化學(xué)品很少，易于控制反應(yīng)過程，提高反應(yīng)安全性。

溫度可控，時間可控。

可以實現(xiàn)實驗室到工業(yè)生產(chǎn)的直接放大。

微反應(yīng)器缺點：

由于微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)所限，目前最大的缺點是固體物料無法通過微通道，如果反應(yīng)中有大量固體生成，微通道極易堵塞，導(dǎo)致生產(chǎn)無法繼續(xù)進行。

雖然能放大，但目前生產(chǎn)能力還是較弱。

不是所有反應(yīng)都適合微反應(yīng)。如很慢的液固反應(yīng)，反應(yīng)無吸放熱現(xiàn)象，傳統(tǒng)工藝選擇性和收率很高的反應(yīng)。