La ingeniería de microprocesos es la ciencia de realizar procesos químicos o físicos ( operaciones unitarias ) dentro de pequeños volúmenes, generalmente dentro de canales con diámetros de menos de 1 mm (microcanales) u otras estructuras con dimensiones submilimétricas. Estos procesos generalmente se llevan a cabo en modo de flujo continuo, a diferencia de la producción por lotes , lo que permite un rendimiento lo suficientemente alto como para hacer que la ingeniería de microprocesos sea una herramienta para la producción química. Por lo tanto, la ingeniería de microprocesos no debe confundirse con la microquímica, que trata con cantidades totales de materia muy pequeñas.
El subcampo de la ingeniería de microprocesos que se ocupa de las reacciones químicas, llevadas a cabo en reactores microestructurados o " microrreactores ", también se conoce como tecnología de microrreacción .
Las ventajas únicas de los reactores microestructurados o microrreactores son una transferencia de calor mejorada debido a la gran relación área superficial -volumen y una transferencia de masa mejorada . Por ejemplo, la escala de longitud de los procesos de difusión es comparable a la de los microcanales o incluso más corta, y se puede lograr una mezcla eficiente de los reactivos durante tiempos muy cortos (típicamente milisegundos). Las buenas propiedades de transferencia de calor permiten un control preciso de la temperatura de las reacciones. Por ejemplo, las reacciones altamente exotérmicas pueden llevarse a cabo casi isotérmicamente .cuando el reactor microestructurado contiene un segundo conjunto de microcanales ("paso de enfriamiento"), separados fluídicamente de los canales de reacción ("paso de reacción"), a través de los cuales se mantiene un flujo de fluido frío con una capacidad calorífica suficientemente alta . También es posible cambiar la temperatura de los reactores microestructurados muy rápidamente para lograr intencionalmente un comportamiento no isotérmico.
Si bien las dimensiones de los canales individuales son pequeñas, un dispositivo de ingeniería de microprocesos ("reactor microestructurado") puede contener muchos miles de dichos canales, y el tamaño total de un reactor microestructurado puede estar en la escala de metros. El objetivo de la ingeniería de microprocesos no es principalmente miniaturizar las plantas de producción, sino aumentar los rendimientos y las selectividades de las reacciones químicas, reduciendo así el costo de la producción química. Este objetivo se puede lograr mediante el uso de reacciones químicas que no pueden llevarse a cabo en volúmenes más grandes o mediante la ejecución de reacciones químicas en parámetros (temperaturas, presiones, concentraciones) que son inaccesibles en volúmenes más grandes debido a restricciones de seguridad. Por ejemplo, la detonación de la estequiométricala mezcla de dos unidades de volumen de hidrógeno gaseoso y una unidad de volumen de oxígeno gaseoso no se propaga en microcanales con un diámetro suficientemente pequeño. Esta propiedad se denomina " seguridad intrínseca " de los reactores microestructurados. La mejora de los rendimientos y las selectividades mediante el uso de reacciones novedosas o la ejecución de reacciones a parámetros más extremos se conoce como "intensificación del proceso".
Históricamente, la ingeniería de microprocesos se originó alrededor de la década de 1980, cuando los métodos de micromecanizado mecánico desarrollados para la fabricación de boquillas de separación de isótopos de uranio se aplicaron por primera vez a la fabricación de intercambiadores de calor compactos en el Centro de Investigación (Nuclear) de Karlsruhe .