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微通道换热器知识总结（全面详细）

微通道，也称为微通道换热器，就是通道当量直径在10-1000μm的换

热器。这种换热器的扁平管内有数十条细微流道，在扁平管的两端与圆形

集管相联。集管内设置隔板,将换热器流道分隔成数个流程。与传统化工生

产相比，微通道在精细化工领域具有很大的开发潜力和广泛的应用前景。

所以我们一起来从几个反面了解一下微通道吧。

一、微通道反应器简介

微通道反应器本质上讲是一种连续流动的管道式反应器。它包括化工

单元所需要的混合器、换热器、反应器控制器等。目前，微通道反应器总

体构造可分为两种：一种是整体结构，这种方式以错流或逆流热交换器的

形式体现，可在单位体积中进行高通量操作。在整体结构中只能同时进行

一种操作步骤，最后由这些相应的装置连接起来构成复杂的系统。另一种

是层状结构，这类体系由一叠不同功能的模块构成，在一层模块中进行一

种操作，而在另一层模块中进行另一种操作。流体在各层模块中的流动可

由智能分流装置控制对于更高的通量，某些微通道反应器或体系通常以并

联方式进行操作。

二、微通道反应器的原理

微反应器主要是指以表面科学与微制造技术为核心，经过微加工和精密

技术制造的一种多通道微结构小型反应器，而微反应器的通道尺寸仅有亚

微米和亚毫米级别。除此以外因为微反应器有优于传统化工设备1-3个数量

级的传热/传质特性，所以特别适合做高放热和快速反应的实验。微反应器

原理如下：

微化工技术思想源自于常规尺度的传热机理。对于圆管内层流流动，

管壁温度维持恒定时，由公式（1）可见，传热系数h与管径d成反比，即

管径越小，传热系数越大；对于圆管内层流流动，组分A在管壁处的浓度

维持恒定时，传质系数kc与管径成反比(公式(2))，即管径越小，传质系数

越大。由于微通道内流动多属层流流动，主要依靠分子扩散实现流体间混

合，由公式(3)可知，混合时间t与通道尺度平方成正比。通道特征尺寸减

小不仅能大大提高比表面积，而且能大大强化过程的传递特性。

Nu=hd/k=3.66(1)

Sh=kc/DAB=3.66(2)

t=d2/DAB(3)

其中Nu为努塞尔数、Sh为谢伍德数、D为扩散系数。化工过程中进

行的化学反应受传递速率或本征反应动力学控制或两者共同控制。就瞬时

和快速反应而论，在传统尺度反应设备内进行时，受传递速辛控制，而微

尺度反应系统内由干传递速率呈数量级提高，因此这类反应过程速率将会

大幅度提高；如氧碘化学激光器中的激发态氧发生器(氯气用双氧水碱溶液

反应)、烃类直接氟化。慢反应主要受本征反应动力学控制，其实现过程强

化的关键手段之一在于如何提高本征反应速率，通常可采用提高反应温度、

改变工艺操作条件等措施；而中速反应则由传递和反应速率共同作用，也

可采取与慢反应过程类似的措施。目前工业应用的烃类硝化反应大多属于

中慢速反应过程，反应时间在数十分钟至数小时，在微反应器内可采用绝

热硝化并同时改变工艺条件可使反应时间缩短至数秒。因此，从理论上分

析几乎所有反应现状过程皆可实现过程强化。

三、微通道反应器的分类介绍

微反应器又可分为气固相催化微反应器、液液相微反应器、气液相微

反应器和气液固三相催化微反应器等。

1、气固相催化微反应器

由于微反应器的特点适合于气固相催化反应，迄今为止微反应器的研

究主要集中于气固相催化反应，因而气固相催化微反应器的种类最多。最

简单的气固相催化微反应器莫过于壁面固定有催化剂的微通道。复杂的气

固相催化微反应器一般都耦合了混合、换热、传感和分离等某一功能或多

项功能。运用最广的甲苯气-固催化氧化。

2、液液相反应器

到目前为止，与气固相催化微反应器相比较，液相微反应器的种类非

常少。液液相反应的一个关键影响因素是充分混合，因而液液相微反应器

或者与微混合器耦合在一起，或者本身就是一个微混合器。专为液液相反

应而设计的与微混合器等其他功能单元耦合在一起的微反应器案例为数不

多。主要有BASF设计的维生素前体合成微反应器和麻省理工学院设计的

用于完成Dushman化学反应的微反应器。

3、气液相微反应器

一类是气液分别从两根微通道汇流进一根微通道，整个结构呈T字形。

由于在气液两相液中，流