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化工设备未来的发展方向，连续流设备在传热、传质、安全性等方面的优势很明显啊已有6人参与
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美国著名的工业设计专家哈佛大学教授唐纳德·诺曼关于产品设计，有过一个精准的总结：所有伟大的设计都是在艺术美、可靠性、安全性、易用性、成本和功能之间寻求平衡与和谐。 作为化工和医药行业的前沿设计代表，微通道反应器注定要帮助化工人提升“艺术美、可靠性、安全性、易用性、成本和功能”。国产反应器领军企业豪迈化工自主研发了微通道反应器、管式反应器等代表未来前沿科技的产品，并且已经在传热、传质、安全性、一致性等方面的实践应用中展现出了传统反应器、反应釜无法比拟的优点： 一、传热效果 硝化反应为典型的放热反应，在传统反应器中存在着放热量大，反应不可控等一系列的问题。Ducrytw分别在微反应器中和反应釜中进行了苯酚的硝化反应。并且绘制了两种条件下体系温度变化曲线。由图1(b)化我们可以看出，在传统反应器中，反应温度迅速升高到60摄氏度。由图1(a)中可以看出在微反应器中进行的硝化反应，反应体系温度在升高到外界环境温度之后一直保持平稳状态。微反应器不仅有效抑制了在传统反应器中因热量快速集聚而引发的聚合反应，而且大大提升了反应的安全性。 图1硝化反应中温度的变化曲线 (a)微通道反应器（b）釜式反应器 采用豪迈的微通道反应器在硝化反应过程中取得了很多的效果，在单硝和二硝的反应过程中均取得了比较好的效果。单硝的效果如表1所示，缩短了反应的停留时间，增加了转化率和选择性并且减少了酸用量。而再做氯苯的二硝化的反应过程中大大降低了混酸中硝酸的含量，解决了后处理的压力。 表1 微反与反应釜的对比 二、传质效果 气液两相反应的速度关键取决于气体和液体的接触面积，接触面积越大，反应越快，反之亦然．实验室中，为提高气液两相反应速度，往往只能通过在液体中鼓泡来增加气体和液体的接触面积。微反应器可极大地增加气液两相的接触面积，提高反应速度。当气相流速较低时。气液两相的流型是由交替排列的气泡和液膜形成的气泡流或活塞流，气泡直径与微通道直径相当，在气泡和通道管壁之间有一薄层液膜将他们分开，而气泡之间则有更厚的液膜将它们分开。当气体流速较高时会发生环状流，它的最主要的特征是气体在通道中也流动而气体四周环绕着－层很薄的液膜，即气体在由液体形成的中空通道内流动。因此气液反应时调节气液流速可以有效改善反应效果。图2为伞形通道内的气液混合效果。Buchwald将氨气还原硝基化合物引入微反应器中，直接将氨气与反应物混合，通过严格控制反应中氨气的量使反应物被还原，取得了很好的效果。 图2 伞形通道内气液相的混合效果 三、安全性 由于微反应器的反应体积小，传质传热速率快，能及时移走强放热化学反应产生的大量热量。微反应器微米级的通道尺寸小于火焰传播临界直径，因而微反应能有效地抑制气相自由基支链爆炸反应。最近的研究表明，对于反应物或总价产物有毒有害的化学反应，由于微反应器数量众多，即使发生泄漏也只是少部分微反应器，而单个微反应器的体积非常小，泄漏量非常小，不会对周围环境和人体健康造成危害。例如Prakash等研究了腈和叠氮化钠合成四氮唑的反应，这个反应会产生一种剧毒化含物叠氮酸。在微反应条件下可有效处理产生的叠氮酸，避免叠氮酸的积累，提高可反应的安全性。 四、一致性 在传统的有机合成中，一种化学品在实验室阶段的合成路线成熟之后并不能直接入到大规模的生产中，需要经过较长时间的中试环节，该过程周期长，最终放大到生产还需继续做参数的优化，这给化工生产带来成本的提高。使用微反应器进行有机合成恰恰能避免这一环节。在其他条件不变的前提下，通常在微反应器中进行的反应起关键作用的变量是保留时间。 图3 传统反应和微反应放大比较 五、适用范围 相对于传统反应釜而言，微通道反应的优势很明显，但是，微通道反应器的适用反应类型有限，不能解决化学反应的所有问题，因此，需要对适合的反应类型有正确的认识。 (1) 放热剧烈的反应 例如硝化反应，常规反应器一般采用滴加的方式，即便是这样的操作在滴加的瞬间也会局部过热而产生副产物，豪迈微反应器由于采用双面换热的方式，比表面积为传统反应釜的100~200倍，因此换热面积也为传统的100~200倍，实验反应温度的精确控制。 (2) 反应物或产物不稳定的反应 例如丁基锂或者LDA的反应，反应结束后需要立刻淬灭否则会有副产物产生，在传统的反应器中存在着返混的现象，由于微反是平推流的反应器，不存在返混，可以有效的避免副产物的生成。 (3) 反应配比要求很严的快速反应 一些反应对反应的配比要求很严格，如一些单取代反应，若过量一点就会有二取代或者三取代产物生成。微反应系统可以瞬间达到均匀混合，避免了局部过量，使副产物降到最低。 (4) 危险化学以及高温高压的反应 例如加氢、氟化等反应，属于危险化学的反应，国家安监局也提出了相关规定：对于反应工艺危险度为4级和5级的工艺过程，尤其是风险高但必须实施产业化的项目，要努力优先开展工艺优化或改变工艺方法降低风险，例如通过微反应、连续流完成反应。 参考文献： [1]Ducry L, Dominique M, Bieler N. Microreactor technology: a revolution for the fine chemical and pharmaccutical industries[J],Ind.Eng.chem.Res.2005,28(3):318-323. [2]Ducry L, Dominique M, Roberge. Controlled autocatalytic nitration of phenol in a microreactor[J],Angew.Chem.Int.Ed,2005,44:7972-7975. [3]Mao C, Stephen L, Buchwald. Continuous-flow synthesis of 1-substituted benzotriazoles from chloronitrobenzenes and amines in a C-N bond formation hydrogenation/diazotization/cyclization sequence[J], Angew.Chem.Int.Ed,2011,50:2155-2158. [4]Palde P B, Jamison T F. Safe and efficient tetrazole synthesis in a continuous-flow microreactor[J]. Angew.Chem.Int.Ed,2011,50:3525-3528.  6141.jpg  6142.jpg  6143.jpg  6144.jpg  6145.jpg  timg (4)67.jpg |
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