微反應(yīng)器是一種微控制反應(yīng)裝置，主要應(yīng)用在化工過程用于強(qiáng)化設(shè)備的工作環(huán)境。當(dāng)在較小的尺寸內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)時，采用微反應(yīng)器可以充分地提高工作效率，極大地促進(jìn)轉(zhuǎn)化過程。通過提高轉(zhuǎn)化率，可以根據(jù)工業(yè)的實(shí)際需要減少反應(yīng)器的體積，從而可對反應(yīng)器進(jìn)行高集成度的設(shè)計，提高反應(yīng)器的使用安全性，對于工業(yè)化的節(jié)能降耗也是一種改進(jìn)措施。

微反應(yīng)器的研究歷史較短，距今也僅有30年的歷史，但是由于其能夠有效地提高工業(yè)反應(yīng)中的工作效率和換藥能力，從而引起了廣大研究者的關(guān)注，并進(jìn)行了大量的研究工作。由于微反應(yīng)器具有強(qiáng)放熱能力，學(xué)者們設(shè)計開辟出了一種新型的化學(xué)反應(yīng)模式。這些新設(shè)計模式下生產(chǎn)出來的微反應(yīng)器，可以在多個新領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用，比如可以應(yīng)用于人體抑制腫瘤細(xì)胞的擴(kuò)散，也可以實(shí)現(xiàn)快速無疤痕的傷口愈合，還可以用于藥物研究工作中人體生長環(huán)境的模擬實(shí)驗(yàn)，從而為醫(yī)學(xué)發(fā)展的新方向提供基礎(chǔ)。綜上所述，微反應(yīng)器的一個新反應(yīng)體系正在不斷發(fā)展。

《微反應(yīng)器的設(shè)計與應(yīng)用》一書通過微反應(yīng)器反應(yīng)動力的原理分析，對傳遞現(xiàn)象進(jìn)行了描述。首先對微反應(yīng)器的設(shè)計和應(yīng)用特征進(jìn)行了描述，并重點(diǎn)針對微反應(yīng)器中設(shè)計的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、設(shè)備等問題進(jìn)行了詳細(xì)的說明。隨后強(qiáng)調(diào)了微反應(yīng)過程中對于反應(yīng)溫度的控制和檢測，通過對反應(yīng)物質(zhì)量的控制，實(shí)現(xiàn)了提高產(chǎn)量、降低能耗的目的。

在該書的理論知識章節(jié)中，作者介紹了微反應(yīng)器的基礎(chǔ)知識，并重點(diǎn)分析了微流體的移動現(xiàn)象。首先對于無量綱數(shù)及相似準(zhǔn)則進(jìn)行了描述，該物理量是描述流體動力狀態(tài)時常用的參數(shù)。若兩種流體有著同樣的無量綱，那么可以認(rèn)為它們的運(yùn)動方程是一樣的，進(jìn)而可以認(rèn)為兩者流體的流動形態(tài)一樣，符合相似性準(zhǔn)則。從物理意義層面說明，在微化工中可以忽略液體流速的干擾只對流動的形態(tài)進(jìn)行研究。其次使用量綱分析法，對于流體的相關(guān)特征進(jìn)行分析，并對微通道內(nèi)的流體特點(diǎn)進(jìn)行了分析。在微通道內(nèi)流體的流動形態(tài)一般屬于層流，符合牛頓黏性定律，可以通過該定律進(jìn)行流體的相關(guān)分析。由于微反應(yīng)器主要是實(shí)現(xiàn)傳熱的作用，所以作者在內(nèi)容上對微通道內(nèi)的流體溫度分布進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。微反應(yīng)器主要是通過對傳熱過程精確的控制，實(shí)現(xiàn)微通道內(nèi)的熱交換，以利于控制反應(yīng)溫度。在這個過程中依據(jù)傅里葉定理，建立了整個過程的熵平衡方程。在微通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還增強(qiáng)了傳熱效果，通過表面方法、流體方法和混合方法優(yōu)化了熱交換表面設(shè)計，擴(kuò)展了換熱的面積，增加了表面的粗糙度，從而強(qiáng)化了介質(zhì)流體本身的傳輸效率。

對于微混合器的設(shè)計，作者詳細(xì)介紹了微流體的混合現(xiàn)象。流體可以在宏觀層面和微觀層面進(jìn)行混合，主要區(qū)別在于反應(yīng)器的尺寸不同。宏觀混合主要利用機(jī)械攪動的方法實(shí)現(xiàn)流體的混合，在混合過程中可以通過物料的分布特征，表現(xiàn)出混合的理想化情況，具有很寬的計算范圍。而微觀混合更多的是涉及分子層面的混合，涉及到兩個問題：①在反應(yīng)過程中，聚合物的最終狀態(tài)；②通過反應(yīng)速度，對反應(yīng)的預(yù)混和問題進(jìn)行研究。為了保證兩種不同流體達(dá)到均勻的最終狀態(tài)，通過劇烈的攪拌，連續(xù)向發(fā)生宏觀的狀態(tài)混合，從而達(dá)到最終的均勻狀態(tài)。在這個過程中，需要兩者進(jìn)行合并分裂再合并。而在微觀混合領(lǐng)域，由于其反應(yīng)過程較為復(fù)雜，所以需要提供分子互相接觸的機(jī)會，才能夠進(jìn)行后續(xù)的混合，也就是說，微觀混合到達(dá)均勻前，混合反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行了很大一部分。但是在混合的邊界容易出現(xiàn)非均勻反應(yīng)體系特征，不過對于這種極端情況，無論從反應(yīng)轉(zhuǎn)化率還是影響性分析，后期計算都可以進(jìn)行忽略。通過攪拌混合操作，可以實(shí)現(xiàn)兩種或多種液體的均勻混合，使不相容的液體混合物，在液體中懸浮，促進(jìn)液體與容器壁之間的傳熱作用，防止液體在混合過程中局部過熱影響整個反應(yīng)過程。而微通道中由于流體的尺寸較小，所以流體之間層流狀態(tài)較為明顯，此時黏性力在整個流動過程中占主導(dǎo)地位。微通道的流體混合中，主要依靠分子間的擴(kuò)散完成。按照不同的分類方法可以對微混合器進(jìn)行分類，主要的分類方法有是否有外界動力源、混合器的彎曲通道形式、混合器的工作原理。

微團(tuán)尺度對于微混合器的設(shè)計有著一定影響作用，是微團(tuán)混合物中存在的液體、氣體、固體的統(tǒng)稱。微團(tuán)尺度也是體現(xiàn)混合程度的指標(biāo)，當(dāng)其尺寸越小時，說明兩者混合得越均勻，從而能夠成為在一定時間段內(nèi)對于反應(yīng)產(chǎn)物的期望濃度、分布質(zhì)量指標(biāo)。而尺寸均一性也可以反映不同濃度混合物的微團(tuán)在混合過程中由于濃度存在差別而產(chǎn)生的混合不均勻的現(xiàn)象，差別越小，證明兩者混合得越均勻。T型混合器以及Y型混合器是兩種典型的微混合器，通過混合性能評價方法的設(shè)定，對于兩種混合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。通過實(shí)驗(yàn)可以對混合器的混合效果進(jìn)行強(qiáng)化。使用流體驅(qū)動混合技術(shù)，對于混合器中的流體進(jìn)行輸送和分配，可實(shí)現(xiàn)對流體的控制。

對于微反應(yīng)器的設(shè)計，根據(jù)不同的反應(yīng)物狀態(tài)，可以進(jìn)行微反應(yīng)器類型的確定。通過快速反應(yīng)和瞬間反應(yīng)，強(qiáng)化物質(zhì)間的傳遞效率，從而加快微反應(yīng)器的反應(yīng)速率。流體的速度在管道中分布并不均勻，所以會在反應(yīng)器中存在著反混現(xiàn)象。微反應(yīng)器內(nèi)的混合物，通過分子擴(kuò)散的方式完成傳輸，該特性決定了微反應(yīng)器的使用優(yōu)勢：①通過傳熱及傳質(zhì)效率的差別，可以將實(shí)驗(yàn)室的工藝條件直接運(yùn)行在工業(yè)生產(chǎn)中，減少了工藝開發(fā)過程中的實(shí)驗(yàn)及研制設(shè)備的費(fèi)用；②可以精確地控制反應(yīng)時間，避免過度劇烈的反應(yīng)或者不完全的反應(yīng)，從而減少副產(chǎn)品的產(chǎn)生；③可以精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)混合物的配比，從而控制瞬間快速的反應(yīng)過程，避免副產(chǎn)物的產(chǎn)生；④通過提高微反應(yīng)器的制作技術(shù)，使制作微反應(yīng)器的材料更加寬泛，從而保證低溫高壓下微反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)自身的功能，具有良好的操作性。

微反應(yīng)器存在一定的局限性，雖然對于整個系統(tǒng)的放大較為容易，但是后期處理能力不足。由于整個控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，所以生產(chǎn)成本較高。微反應(yīng)器對于傳統(tǒng)工藝下的反應(yīng)適應(yīng)程度較差，而且由于其通道尺寸較小，所以可能會被大顆粒的沉淀物堵塞管道，需要及時清洗和更換?？赏ㄟ^工藝流程的設(shè)計，在產(chǎn)品開發(fā)過程中不斷地改進(jìn)試驗(yàn)，通過分析及設(shè)計對開發(fā)流程進(jìn)行量化，同時在不斷的實(shí)驗(yàn)中修正流程參數(shù)，完成微反應(yīng)器系統(tǒng)的設(shè)計，從而保證其具有強(qiáng)大的處理功能，能夠在工業(yè)系統(tǒng)上得以順利的運(yùn)用。

書評人簡介：

尹茂源，男，研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程。