微填充床反应器（Micro-packed bed reactor, 简称μPBR）起源于传统填充床的微型化，其内部填充颗粒直径通常小于500μm。微填充床反应器作为一种高效的多相流反应器，在化工、制药和环境工程等领域的应用日益广泛。其独特的流体力学性能，如流型、压降、停留时间和持液量等，对于反应器的设计、优化和放大至关重要。

流型是研究微填充床反应器流体力学性能的基础。传统填充床反应器中的流型，如滴流、脉冲流、气泡流和喷雾流，已得到广泛研究。然而，在微填充床中，由于毛细管力的主导作用，流体流动行为与传统填充床存在显著差异。科研人员利用可视化观测、压降测量、电导技术、层析成像技术和核磁共振成像技术等手段，对微填充床中的流型进行了深入研究。过去二十年中，研究者们观察到了弹状流、块状流、环状流和液桥流等特殊流型，并发现管截面形状对气液扰动状态的转变影响不大，主要取决于气液流速及颗粒尺寸。如下图所示，展示了装载铜球颗粒的微填充床反应器及不同条件下的流型。

Industrial & Engineering Chemistry Research,2021,60:10489-10501

压降是微填充床反应器设计中的关键参数。研究表明，干床和湿床启动程序对微填充床反应器的压降有显著影响，且存在迟滞现象。颗粒直径和毛细管力是影响压降的主要因素。此外，填料类型、孔径和浸润性也会影响压降。例如，泡沫填料由于其较大的孔隙率而导致较低的压降。研究还发现，随着颗粒尺寸的增加，微填充床反应器内部压力明显下降。

停留时间分布反映了流体在反应器内的流动行为。微填充床反应器内的流体流动行为接近平推流，这通过电导率探针测试和示踪技术得到了证实。实验结果表明，微填充床反应器具有较高的皮特数值，表明了良好的流动均匀性。此外，泡沫型微填充床内的流动也接近于平推流，且增加液体表观流速有利于减少停留时间，促进停留时间分布变窄。

AIChE Journal, 2017, 63 (10) : 4694-4704.

持液量是微填充床反应器中液体滞留量的度量，对反应器的性能有重要影响。研究表明，微填充床反应器的持液量远高于传统滴流床反应器，且受到液体表观流速和溶剂类型的影响。填料的孔径越小，持液量越高。此外，填料的浸润性也会影响持液量，高接触角的填料有利于提高反应器内部的持液量。

传质性能是微填充床反应器研究的热点之一。气液传质性能方面，微填充床反应器的液相体积传质系数比传统滴流床反应器高1-2个数量级。液固传质性能方面，微填充床反应器的液固传质系数在5-27s^-1，表明其传质效率显著高于传统反应器。研究还发现，填料的浸润性对气液有效界面面积有显著影响，高接触角的填料可以提高气液有效界面面积。

综上所述，微填充床反应器在流体力学和传质性能方面展现出显著的优势，为化工过程的强化和优化提供了新的可能性。随着研究的深入，微填充床反应器有望在工业应用中发挥更大的作用。未来的研究可以进一步探索微填充床反应器在不同操作条件下的性能，以及在更广泛的化学反应中的应用潜力。