La ingeniería de microprocesos es la ciencia que se ocupa de llevar a cabo procesos químicos o físicos ( operaciones unitarias ) en volúmenes pequeños, normalmente en canales con diámetros inferiores a 1 mm (microcanales) u otras estructuras con dimensiones submilimétricas. Estos procesos suelen llevarse a cabo en modo de flujo continuo, a diferencia de la producción por lotes , lo que permite un rendimiento lo suficientemente alto como para convertir la ingeniería de microprocesos en una herramienta para la producción química. Por tanto, la ingeniería de microprocesos no debe confundirse con la microquímica , que se ocupa de 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 microrreacciones .
Las ventajas únicas de los reactores microestructurados o microrreactores son una transferencia de calor mejorada debido a la gran relación área-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 reactivos durante tiempos muy cortos (normalmente milisegundos). Las buenas propiedades de transferencia de calor permiten un control preciso de la temperatura de las reacciones. Por ejemplo, las reacciones altamente exotérmicas se pueden llevar 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 del cual se mantiene un flujo de fluido frío con una capacidad térmica suficientemente alta . También es posible cambiar la temperatura de los reactores microestructurados muy rápidamente para lograr intencionalmente un comportamiento no isotérmico.
Aunque las dimensiones de los canales individuales son pequeñas, un dispositivo de ingeniería de microprocesos ("reactor microestructurado") puede contener muchos miles de estos canales, y el tamaño total de un reactor microestructurado puede ser del orden 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 coste de la producción química. Este objetivo se puede lograr utilizando reacciones químicas que no se pueden llevar a cabo en volúmenes mayores, o realizando reacciones químicas a parámetros (temperaturas, presiones, concentraciones) que son inaccesibles en volúmenes mayores debido a restricciones de seguridad. Por ejemplo, la detonación de la mezcla estequiométrica de dos unidades de volumen de gas hidrógeno y una unidad de volumen de gas oxígeno no se propaga en microcanales con un diámetro suficientemente pequeño. Esta propiedad se conoce como la " seguridad intrínseca " de los reactores microestructurados. La mejora de los rendimientos y las selectividades mediante el uso de reacciones novedosas o la realización de reacciones con 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 micromaquinado 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 .