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什么是混合？

如下图所示，假设两种溶液（溶液A和溶液B）分别储存在一个具有隔板的容器两侧，在不干扰溶液的情况下迅速移除中间隔板。在不进行搅拌的情况下，两种溶液仅通过分子扩散混合，最终形成均匀溶液。分子扩散是指分子通过热运动随机移动，使集中在一个位置的分子随着时间扩散到更大的区域的现象。

通过分子扩散将两种溶液混合

分子扩散可以发生在固体、液体、气体或超临界流体中。分子扩散理论是由爱因斯坦于1905年提出的布朗运动理论衍生而来。分子扩散所需的时间与扩散距离（扩散距离或扩散路径长度）的平方成正比。当扩散距离为1μm（细菌大小）时，扩散时间为0.0005s；当扩散距离为10μm（动物细胞大小）时，扩散时间为0.05s；当扩散距离为100μm时，扩散时间为5s；对于1mm的扩散距离，扩散所需时间是分钟级别；对于1cm的扩散距离，扩散所需时间是小时级别。一个普通间歇反应器，如烧瓶，其尺寸大于1cm，因此仅通过扩散进行混合就需要非常长的时间，这就有必要增加搅拌。

搅拌混合

如下图所示，其为典型的搅拌混合示意图。首先，搅拌会产生涡流，而涡流的大小取决于搅拌的强度。据报道，涡流的最小尺寸约为10~100μm。随后继续发生涡流扩散，然后发生分子扩散，最终涡流消除产生均匀的溶液。在一系列混合过程中，分子扩散需要的时间最长。如上所述，分子扩散所需的时间与扩散距离的平方成正比。在这种情况下，扩散距离对应着涡流的大小，但是最强的搅拌也不能使涡流尺寸减小到10μm以下，而相对低效的搅拌，如使用磁力搅拌器搅拌，可能会产生约100μm的涡流。在这种情况下，通过分子扩散获得均匀溶液所需的时间将以秒为数量级。

在间歇釜式反应器中由搅拌引起的混合

微混合器内的混合

如下图所示，使用一个Y型微混合器进行混合。在这个混合器中，层流占主导地位。当流道宽度为100μm时，扩散时间为秒级。当流道宽度小于等于10μm时，扩散时间为毫秒级。但这样的小管或小通道对于化学合成没有实际的用处，因为通量太小会存在堵塞的风险。

使用微型混合器可以实现效率更高、更快的混合。虽然微混合器可以有不同的类型和混合原理，但最常用的一种类型是具有将溶液分解成小层流的微观结构，然后将其重新组合（多层流型微混合器），如下图所示，该微混合器可将单个溶液段的尺寸减小到10μm以下，从而缩短扩散距离，减少混合时间。

如下图所示，另一种微混合器在流体再混合后，通过在其宽度方向收缩流动，可以进一步缩短扩散距离。

此外，如下图所示，分裂和重组型微混合器可以利用微观结构将液体分裂成多个片段，然后重新组合这些片段，且在不同的方向上分裂流动并重新组合这些片段，从而缩短扩散距离，使混合更快。

当流速较高时，简单的T型混合器也可以有效地进行快速混合。高流速所导致的吞没流（engulfment flow）会产生微湍流使得液体的片段变小，从而使扩散距离变小，使混合速度加快（如下图所示）。当流速较低时，层流流型占主导地位，混合缓慢。

混合速率的测量

测量混合效率的一种典型方法是使用Dushman竞争反应（如下图所示），该反应涉及两种反应，即极快反应和略慢于快速反应的反应。测量由盐酸溶液和I⁻，IO₃⁻和CH₃CO₂Na溶液混合而成的溶液的紫外吸收。当混合迅速且生成均相溶液时，只有极快的反应（醋酸根阴离子的质子化）选择性地进行。当混合缓慢时，反应组分的浓度分布不均匀，导致较慢的反应也继续进行，并产生碘（I₂），所得溶液在352nm处会显示出碘的吸收峰。因此，可以通过测量紫外吸收和测定碘的生成量可以来估计混合效率或速度。