《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Dynamic millireactor for high-viscosity process intensification and preparation of andrographolide liposomes
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•设计了一种动态微反应器（DFFS），适用于高粘度体系混合与防堵塞。•CFD 模拟显示，在高粘度混合中 DFFS 优于静态微反应器。•DFFS 在 1513.04 mPa·s 下取得了 0.8522 的混合指数。•获得了粒径为 53.4 nm、分布均匀的穿心莲内酯脂质体。•在
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设计了一种动态微反应器（DFFS），适用于高粘度体系混合与防堵塞。
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CFD 模拟显示，在高粘度混合中 DFFS 优于静态微反应器。
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DFFS 在 1513.04 mPa·s 下取得了 0.8522 的混合指数。
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获得了粒径为 53.4 nm、分布均匀的穿心莲内酯脂质体。
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在高粘度体系中展示了可扩展的连续生产潜力。
引言
高粘度流体的过程强化在化学工程、生物医学和纳米材料领域具有至关重要的意义，并广泛应用于聚合反应 [1]、[2]、纳米载体制备 [3]、[4] 以及药物制剂生产 [5]、[6]。高粘度流体分子扩散速率低、流动阻力大，对体系混合、传质及操作稳定性提出了严格要求 [7]、[8]。机械搅拌式间歇反应器以及带间歇搅拌的传统间歇反应器结构简单、操作灵活、易于放大，因此在工业生产中仍被广泛使用 [9]、[10]、[11]。然而，在处理高粘度流体时，这类搅拌反应器通常存在混合效率低、传质阻力大以及批次稳定性不足等问题。其根本原因在于高粘度体系中的流体流动主要以层流为主，混合过程很大程度上依赖于缓慢的分子扩散和宏观对流，从而难以实现快速均质化 [12]。此外，传统反应器依赖宏观搅拌，剪切力主要集中在搅拌桨附近，远离搅拌桨的区域容易形成死区，导致体系内出现明显的浓度梯度 [13]。尤其是在高粘度体系中，搅拌桨附近剪切区与混合死区之间的传质差异变得更加显著，导致反应速率不均匀，直接损害产品质量 [14]。
微反应器技术在传质和传热方面具有高效率高能效、能耗低以及连续化生产能力等优点，已被广泛应用于精细化工、生物制药和大宗化学品生产 [15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]。该技术可实现流体流动模式和物料停留时间的精确控制，从而维持稳定高效的反应性能 [21]、[22]、[23]、[24]。通过微观通道的排布与定制化内部结构，微反应器可实现高效混合，在大幅提高反应产率的同时抑制不需要的副反应 [25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]。此外，微反应器采用模块化设计策略，可在反应环境稳定的条件下支持工艺放大 [31]、[32]。然而，在高粘度体系中，微反应器面临一系列技术瓶颈，包括传质增强不足和微通道堵塞等问题。高粘度体系整体分子扩散系数较低，物料传递速率缓慢，这使微反应器的混合性能显著下降，难以实现平稳高效的反应操作 [33]。同时，在连续反应中，高粘度流体中的固体颗粒容易团聚形成颗粒团，这些团聚颗粒易通过沉积、聚集以及与通道壁的粘附造成微通道堵塞 [34]。上述问题严重限制了微反应器在涉及高粘度体系的工业生产中的应用。因此，开发面向高粘度体系的先进微反应器具有重要的研究意义。
为克服高粘度体系中微反应器传质效率低与微通道堵塞的技术瓶颈，研究人员不断探索新型微反应器和工艺策略 [35]、[36]、[37]。Kronfeld 等人 [38] 采用热引发自由基聚合和光聚合策略，借助具有特殊通道结构的微反应器，在高粘度体系中制备了表面具有纹理的聚合物亚微米颗粒。研究团队利用小孔板反应器实现了精确的流体剪切分散，并通过并流反应器实现了稳定的流体分布。这两种不同结构协同作用，确保了聚合过程的稳定性。Song 等人 [39] 采用多反应介质调控的合成策略，通过微反应器平台在高粘度体系中制备了高分子量聚苯胺功能材料。依托具有精确定义传质结构的微反应器，研究团队精确调控了流体流动行为，实现了高粘度反应物料的均匀分散与稳定输送，从而实现了聚苯胺的连续高效聚合。Judzewitsch 等人 [40] 使用毛细管微反应器在高粘度体系中实现了高附加值抗菌聚合物的大规模制备。通过耦合多个功能性微反应模块，微反应器显著提高了体系混合性能和反应稳定性，展示了微反应器平台在聚合物合成中的快速放大优势。目前，微反应器技术已成为高粘度体系大规模生产的关键技术。然而，高粘度体系中粘度波动明显、固体物料易沉积等常见问题，仍对微反应器的长期稳定运行构成重大障碍 [41]、[42]。动态微反应器相比传统静态微反应器能够产生更强的流体扰动，其依靠动态结构的高剪切速率，可以显著提高高粘度流体的传质速率，有效抑制物料团聚与沉积，展现出巨大的应用潜力 [43]、[44]、[45]。然而，动态微反应器通常需要更高的转速或多级结构才能实现较高的混合效率，这导致能耗和部件磨损加剧，从而大幅增加运行成本 [46]。
脂质体是一种理想的药物递送平台 [47]。然而，其大规模制备往往涉及高粘度体系 [48]、[49]、[50]、[51]、[52]、[53]。穿心莲内酯（AG）是一种水不溶性的活性化合物，通过脂质体包封是一种提升其制剂性能的潜在策略 [54]、[55]、[56]。然而，传统脂质体制备方法依赖宏观搅拌和被动混合，在应用于穿心莲内酯脂质体体系时，这些方法的混合效率和传质速率有限，难以满足高质量纳米囊泡制备的要求 [57]。因此，迫切需要开发一种新型过程强化设备。
本研究中，以穿心莲内酯脂质体的制备作为代表性体系，设计并开发了一种新型动态微反应器（DFFS）。该动态微反应器通过分裂重组、反向碰撞和动态旋转剪切等多种效应的协同作用，显著提高了高粘度流体的混合与传质能力，同时抑制了微通道堵塞。采用计算流体力学（CFD）模拟研究了 DFFS 在高粘度流体混合方面的性能优势，即高混合指数和低流动阻力 [58]。本研究系统考察了转速、流量、流量比和流体粘度对 DFFS 混合性能的影响，以确定合适的操作条件。在所研究的 CFD 条件下，DFFS 在粘度高达 1500 mPa·s 时仍能够有效混合，并通过使用实测粘度为 1513.04 mPa·s 的模型流体对该高粘度条件进行了实验验证。在此基础上，采用 DFFS 制备了穿心莲内酯脂质体，系统优化了工艺参数，并构建了粒径调控模型，以实现脂质体尺寸的精准确定。在优化条件下，DFFS 制得的脂质体表现出更小的粒径、更均匀的分布以及更好的热稳定性，综合性能远优于烧杯法和静态微反应器所制得的脂质体。DFFS 为脂质体合成建立了一个有前景且可扩展的动态微反应器平台，并为面向高粘度体系的动态微反应器提供了宝贵的设计范式。
各节节选
动态微反应器的结构设计
在高粘度体系中，传统微反应器表现出混合效率低、传质阻力大、微通道易堵塞等问题，难以满足连续稳定制备的要求。因此，本研究设计了一种动态流场结构微反应器（DFFS），其包含可旋转的矩形单元、圆形通孔以及成对的三角形结构。该反应器的设计目标是避免仅依赖轴向
DFFS 动态微反应器的性能评估
为探究 DFFS 在高粘度流体混合中的性能优势，本研究采用混合指数（M）和压降（ΔP）作为评价指标。CFD 模拟系统被用于将 DFFS 与三种对照微反应器进行比较，分别是 BTR、RCTH-T 和 SFFS-R。圆形通孔梯形微反应器试验型（RCTH-T）是一种静态对照反应器，其包含相应的内部混合构件但不具有中心轴。静态流场结构
结论
本研究成功开发了 DFFS 动态微反应器。通过分裂—重组、反向碰撞和动态旋转剪切的协同作用，DFFS 增强了高粘度流体的混合。在为期 6 小时的连续运行实验中，在本研究所考察的条件下出口流量保持稳定，未观察到出口流量进行性下降。在所研究的 CFD 条件下，DFFS 的混合性能优于
CRediT 作者贡献声明
陈龚：写作——初稿撰写、方法论。魏逸敏：验证、调查。王瑞锋：形式化分析。何锦轩：项目管理。徐超：资源。朱宁：数据管理。何威：构思。赵双飞：写作——审阅与编辑、资助获取。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的、可能对本研究报道工作产生影响的经济利益关系或个人关系。
致谢
本研究得到国家自然科学基金委员会（22508176）资助；江苏省基础研究计划（BK20250617）资助；江苏省教育厅自然科学基金（25KJB530002）资助；以及宇航化学动力国家重点实验室开放研究基金计划（项目编号：NKLACP120251A05）支持。
陈龚｜魏逸敏｜王瑞锋｜何锦轩｜徐超｜朱宁｜何威｜赵双飞
