大部分含能材料的合成過程中常常伴隨著劇烈的放熱反應(yīng)，而這些放熱反應(yīng)一旦控制不好，就會在短時間內(nèi)釋放出大量的熱量和氣體，從而造成冒料等一系列嚴重后果。通常，在強烈的放熱反應(yīng)過程中，難以控制反應(yīng)溫度，也難以實現(xiàn)高效、快速的混合。對于強放熱反應(yīng)過程，常規(guī)反應(yīng)器加料一般都是逐步滴加，即使這樣，由于過熱，在滴加過程中也會產(chǎn)生一定量的副產(chǎn)物。

與傳統(tǒng)的反應(yīng)器相比，微反應(yīng)器因其比表面積大，反應(yīng)時間短，傳熱快，且保持恒溫；微反應(yīng)器提供快速混合，及時排出熱量，反應(yīng)溫度可實現(xiàn)精確控制，因此消除了局部過熱，顯著提高反應(yīng)的收率和選擇性。因此，微反應(yīng)器與強放熱反應(yīng)相結(jié)合，可以降低小生產(chǎn)危險性，減少副產(chǎn)物，提高生產(chǎn)效率。以下是一些微反應(yīng)器在常見強放熱反應(yīng)過程中的應(yīng)用實例。

1硝化反應(yīng)。

含能材料合成中常見的硝化反應(yīng)是一個快速強放熱反應(yīng)過程，在常規(guī)反應(yīng)器中，硝化反應(yīng)若控制不當會導(dǎo)致溫度升高、物料泄漏或爆炸等。

1.1脂肪醇硝化

如：二乙二醇硝化炸藥廣泛應(yīng)用于槍炮發(fā)射藥、固體推進劑、液體炸藥和膠體炸藥。用二乙二醇硝化制得硝化二乙二醇。此反應(yīng)放熱大，過程不易控制，混合不均，局部過熱，溫度超過50℃極易爆炸，全世界硝化二乙二醇的爆炸事件屢見不鮮。在此反應(yīng)中采用微反應(yīng)器，可以有效地控制反應(yīng)速度和溫度，大大降低了爆炸的可能性。在此基礎(chǔ)上，對硝化二乙二醇在微反應(yīng)器中的合成進行了研究，收率為9.3g/h，收率達90.6%，并以21.9g/h的速度在微反應(yīng)器中合成了太根，收率為81.9%。

1.2芳烴硝化

芳香硝化反應(yīng)是TNT等多種含能材料合成中間體的重要反應(yīng)。反應(yīng)過程中若反應(yīng)物不均勻混合，會產(chǎn)生一系列的副產(chǎn)物，如芳香酸、芳香醛，甚至某些易爆副產(chǎn)物。該微型反應(yīng)器具有巨大的比表面積和獨特的傳熱特性，能有效地控制放熱反應(yīng)，冷卻反應(yīng)器，提高系統(tǒng)的安全性和選擇性。通過對芳烴進行硝化，可以有效地控制微反應(yīng)器的產(chǎn)率和選擇性。在微反應(yīng)器和常規(guī)反應(yīng)器中，比較了芳烴自催化硝化反應(yīng)所釋放的熱。

對于酚硝化常規(guī)反應(yīng)，即使反應(yīng)液體積較小(1L)，釋放熱量仍會使反應(yīng)溫度升高55℃。與之相比，微反應(yīng)器內(nèi)溫度升高小于5℃。通過這種溫度控制，可以大大提高硝化的選擇性和產(chǎn)率，使產(chǎn)品收率從55%提高到75%，產(chǎn)品純度增加，并使聚合物副產(chǎn)物明顯減少。

2.氟化反應(yīng)

氟化反應(yīng)為典型的強放熱反應(yīng)過程，易爆，安全性低，難以大規(guī)模生產(chǎn)。利用微型反應(yīng)器進行直接氟化，成功地控制了β-二羰基化合物的氟化過程。反應(yīng)液經(jīng)注射器注入反應(yīng)器，F(xiàn)2混合后經(jīng)N2氣流進入反應(yīng)器，通道尺寸約500微米，反應(yīng)液通過通道覆蓋器壁，氣流通過通道中心，從而為反應(yīng)過程提供更大的接觸面積，并獲得高的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率達99%，產(chǎn)率73%。使用該微型反應(yīng)器，也使氟化反應(yīng)中F2和HF的用量降至最低，使反應(yīng)更加安全。

3重氮環(huán)化反應(yīng)。

重氮環(huán)化反應(yīng)類似于硝化和氟化反應(yīng)，通常伴隨著強烈的放熱，有時會釋放大量N2，帶來嚴重的危險。在重氮環(huán)化反應(yīng)中采用微反應(yīng)器技術(shù)，提高了收率和安全性。傳統(tǒng)裝置中，在-25℃時反應(yīng)收率可達90%，但在加入重氮化合物后，容易使反應(yīng)溫度迅速升高至45℃，并產(chǎn)生了氮氣，反應(yīng)產(chǎn)生劇烈的放熱，一旦溫度控制不好，就會短時間釋放大量氮氣，引起冒料。在微反應(yīng)器中直接采用小試條件，快速傳熱，在減少副產(chǎn)物生成的同時，避免了危險的發(fā)生。反應(yīng)1.8min，收率89%，并以91g/h的速度合成產(chǎn)物，其收率與小試結(jié)果基本一致。

4.4氧化反應(yīng)。

以銀為催化劑，甲醇制甲醛是一種重要的工業(yè)合成方法。當850~923K的大氣壓中，甲醛與空氣的摩爾比在1:1左右時，反應(yīng)如下。這是一個強烈的放熱反應(yīng)，需要接觸反應(yīng)時間很短(約為0.01s)，并且生成大量的副產(chǎn)物，如：CO2,CO,H2，水和甲酸甲酯，蟻酸。為了解決上述問題，有人將微反應(yīng)器用于甲醇的氧化反應(yīng)。采用碳玻璃微反應(yīng)器(見圖1)，在783K、接觸時間3ms的條件下，轉(zhuǎn)化率高(約75%)，選擇性(約90%)。

4.5高溫熱重排反應(yīng)。

在一些反應(yīng)中，反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)時間越短，反應(yīng)速度也越快，反應(yīng)溫度越高，釋放的熱量越大，反應(yīng)失控。分批反應(yīng)采用逐步加料方式，溶劑回流以穩(wěn)定反應(yīng)溫度，其缺點是反應(yīng)時間較長(12~27h)，產(chǎn)率低(80%~85%)。用一個微型反應(yīng)器在3~10min的停留時間，以遠高于常規(guī)反應(yīng)溫度的220~260℃反應(yīng)，不用溶劑即可獲得很高的收獲率(98%)。