11、微流控技术在化学合成中的应用与挑战

微流控技术在化学合成中的应用与挑战

1. 微流控技术在化学合成中的优势

微流控技术具有提供可控环境条件、小规模连续层流系统等诸多优势，近年来在合成化学领域得到了广泛应用，有望在化学实验室中得到常规使用。与传统的批量合成技术相比，化学合成取得了快速发展。然而，传统批量合成的局限性对化学合成的经济性造成了沉重负担，特别是在生物医学反应器中。这些问题包括产生不必要且可能有毒的废料、可重复性差、成本高、耗时以及劳动密集等。

微流控设备作为微反应器，具有良好的质量和热传递性能，能够生产高纯度材料，并提供更安全、更高效的化学反应。以下是微流控技术为合成反应带来的显著益处：
- 更低的试剂用量
- 高选择性
- 更环保
- 快速的反应动力学
- 占用空间小且环境安全

2. 微流控反应器中的物理常数

在微流控反应器中进行化学合成时，需要考虑两个无量纲物理常数：雷诺数（Re）和热佩克莱数（PeL）。
| 物理常数 | 定义 | 公式 |
| ---- | ---- | ---- |
| 雷诺数（Re） | 流体中惯性力与粘性力的比值 | (Re = \frac{\rho dv}{\mu})，其中(\rho)为密度，(d)为特征尺寸，(v)为流体速度，(\mu)为动态粘度 |
| 热佩克莱数（PeL） | 表征微流控状态的无量纲参数，表达流体运动的热传输速率 | (PeL = \frac{dv\rho C_p}{k})，其中(C_p)为热容，(k)为热导率 |

如果化学反应在微流控反应器中完成，低雷诺数表明反应器内没有湍流，因此不会发生返混。热佩克莱数则表达了移动流体