本发明涉及一种用于C4烷基化反应的毫米级小通道反应器。所述小通道反应器的反应通道底部加工交错排列的不对称人字形凹槽以强化两相体系间的混合传质，反应器反应通道另一侧设置换热通道对反应温度进行精准控制。在该小通道反应器的通道内浓硫酸和C4烃两相在交错排列的人字形凹槽作用下可不断产生对流旋涡，打破酸烃两相流体的分层现象，实现快速均匀混合，显著提高传质及反应效率。利用上述毫米级小通道反应器制备烷基化油，既保证有较高传质性能，且较微通道反应器有更大的处理量和更小的阻力损失，同时具有反应时间短，烷基化油质量高，操作安全等优点。