微反應(yīng)器技術(shù)由于其在化學(xué)工業(yè)中的成功應(yīng)用而引起越來越廣泛地關(guān)注。微反應(yīng)器是一種連續(xù)流動(dòng)的管道式反應(yīng)器。它包括化工單元所需要的混合器、換熱器、反應(yīng)器、控制器等,但是,其管道尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)管式反應(yīng)器。微反應(yīng)器內(nèi)部是由直徑為10～500μm的很多微管并聯(lián)而成,有極大的比表面積,由此帶來的根本優(yōu)勢(shì)是極大的換熱效率和混合效率。換句話說,可以精確控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)物料按精確配比瞬時(shí)混合。這些都是提高收率、選擇性、安全性,以及提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

以下就微反應(yīng)器的反應(yīng)特點(diǎn)及在有機(jī)合成中的應(yīng)用實(shí)例作一介紹。

微反應(yīng)器反應(yīng)特點(diǎn)

由于微反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特征完全不同于常規(guī)反應(yīng)器,決定了微反應(yīng)器具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而適應(yīng)于某些化學(xué)反應(yīng)。

1 小試工藝不需中試可以直接放大

精細(xì)化工多數(shù)使用間歇式反應(yīng)器。小試工藝放大到大的反應(yīng)釜,由于傳熱傳質(zhì)效率的不同,一般需要一段時(shí)間的摸索,通常都是經(jīng)過小試2中試2大生產(chǎn)。利用微反應(yīng)器技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí),工藝放大不是通過增大微通道的特征尺寸,而是通過增加微通道的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)的。所以小試的最佳反應(yīng)條件,不需要作任何改變就可以直接進(jìn)行生產(chǎn),不存在小試用反應(yīng)器放大的難題。這樣可大幅度縮短產(chǎn)品由實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的時(shí)間,對(duì)于精細(xì)化工行業(yè),尤其是惜時(shí)如金的制藥行業(yè),意義極其重大。

2 反應(yīng)溫度可精確控制

極大的比表面積決定了微反應(yīng)器有極大的換熱效率,即使反應(yīng)中瞬時(shí)釋放出大量熱量,也可以及時(shí)吸收以維持反應(yīng)溫度不超出設(shè)定值。對(duì)于強(qiáng)放熱反應(yīng),在常規(guī)反應(yīng)器中由于混合速率及換熱效率不夠高,常常會(huì)出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象,而局部過熱往往導(dǎo)致副產(chǎn)物生成,以導(dǎo)致收率和選擇性下降。在精細(xì)化工生產(chǎn)中,劇烈反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量如果不能及時(shí)導(dǎo)出,會(huì)導(dǎo)致沖料事故甚至發(fā)生爆炸。

3 反應(yīng)時(shí)間可精確控制

常規(guī)的單鍋反應(yīng),反應(yīng)物往往采用逐漸滴加,以防止反應(yīng)過于劇烈,這樣就造成一部分先加入的反應(yīng)物停留時(shí)間過長(zhǎng)。對(duì)于很多反應(yīng),反應(yīng)物、產(chǎn)物或中間過渡態(tài)產(chǎn)物在反應(yīng)條件下停留時(shí)間一長(zhǎng),就會(huì)導(dǎo)致副產(chǎn)物的產(chǎn)生。微反應(yīng)器技術(shù)采取的是微管道中的連續(xù)流動(dòng)反應(yīng),可以精確控制物料在反應(yīng)條件下停留的時(shí)間,一旦達(dá)到最佳反應(yīng)時(shí)間就立即傳遞到下一步反應(yīng),或終止反應(yīng)。這樣就有效地消除了因反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)而導(dǎo)致的副產(chǎn)物生成。

4 物料可以精確比例瞬時(shí)混合

對(duì)反應(yīng)物料配比要求很精確的快速反應(yīng),如果攪拌不好,就會(huì)在局部出現(xiàn)配比過量而產(chǎn)生副產(chǎn)物。這一現(xiàn)象在常規(guī)反應(yīng)器中幾乎無法避免,但微反應(yīng)器系統(tǒng)的反應(yīng)通道一般只有數(shù)十微米,可以精確按配比混合,避免副產(chǎn)物的形成。

5 結(jié)構(gòu)保證安全性

由于換熱效率極高,即使反應(yīng)突然釋放大量熱量也可以被吸收,從而保證反應(yīng)溫度維持在設(shè)定范圍以內(nèi),最大程度上減少了出安全事故和質(zhì)量事故的可能性。與單鍋反應(yīng)不同,微反應(yīng)器采用連續(xù)流動(dòng)反應(yīng),因此在反應(yīng)器中停留的化學(xué)品

數(shù)量總是很少的,即使萬一失控,危害程度也非常有限。

6 良好的可操作性

微反應(yīng)器是密閉的微管式反應(yīng)器,在高效微換熱器的幫助下可實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制。它的制作材料可以是各種高強(qiáng)度耐腐蝕材料,例如:用鎳合金制作微反應(yīng)器,可以輕松實(shí)現(xiàn)高溫、低溫、高壓反應(yīng)。另外,由于是連續(xù)流動(dòng)反應(yīng),雖然反應(yīng)器體積很小,產(chǎn)量卻完全可以達(dá)到常規(guī)反應(yīng)器的水平。