近百年來在教學(xué)或者實(shí)際運(yùn)用中，化學(xué)合成一直采用化學(xué)實(shí)驗(yàn)者所熟知的標(biāo)準(zhǔn)玻璃器皿，設(shè)備與化學(xué)合成方法幾乎沒什么變化。

釜式反應(yīng)

·在釜式反應(yīng)中，通過研究以下參數(shù)提高產(chǎn)率及產(chǎn)品純度：時(shí)間、溫度、計(jì)量比及試劑添加順序

·如果需要更多的產(chǎn)品，一般會用更大的容器。

·面容比的改變意味著會發(fā)生傳熱和傳質(zhì)的變化，反應(yīng)通常需要重新優(yōu)化。

一、常規(guī)合成方法的挑戰(zhàn)和限制

釜式反應(yīng)已經(jīng)發(fā)展了100多年了，一定會有它的優(yōu)勢。

優(yōu)點(diǎn)：

靈活

成熟的放大路徑

全能性，氣體，液體，固體都可以處理

但是同時(shí)它的局限性也尤為突出：

混合效率

質(zhì)量傳遞效率

熱傳遞效率

壓力限制

溫度限制

材料兼容性問題

維護(hù)成本和人力成本

1.如果發(fā)生事故，整個(gè)釜式反應(yīng)器會失控，最壞的情況會導(dǎo)致溫度失控，從而引發(fā)高危害事件。

2.微反應(yīng)的熱和質(zhì)量的傳輸較快，大型反應(yīng)的較慢。

3.釜式反應(yīng)的靈活性意味著更寬的溫度，時(shí)間及濃度分布，

--這導(dǎo)致反應(yīng)過程必要的條件控制很難獲得。

通過縮小反應(yīng)溫度、時(shí)間和濃度范圍的分布，流動反應(yīng)可以制備目標(biāo)產(chǎn)物，有效減少副產(chǎn)物的生成。

二、流動化學(xué)基本原理
什么是流動反應(yīng)器?

流動反應(yīng)器有各種形狀和大小：大致上可以歸類為管式反應(yīng)器或者板式反應(yīng)器。

流動反應(yīng)器材質(zhì)：聚合物、陶瓷、玻璃、金屬（不銹鋼）。

流動反應(yīng)器容積：反應(yīng)體積范圍從ml級到 L’級，將來會有mm 級到 mm級

·少量體積的應(yīng)試劑和催化劑可以用來做很多反應(yīng)

·可以快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且能夠快速改變反應(yīng)條件

·參與反應(yīng)的分子在通道中經(jīng)歷非常相似的反應(yīng)條件，增強(qiáng)過程穩(wěn)定性

·放大生產(chǎn)只是生產(chǎn)多久的問題?？梢酝ㄟ^增加反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)器容積或者使用多個(gè)反應(yīng)器來達(dá)到增加產(chǎn)品體積的目的，正如DSM的David Ager 所說：別管它，讓他一直運(yùn)行吧！流動反應(yīng)器能一天工作24小時(shí)。

如何執(zhí)行流動反應(yīng)?

試劑溶液被泵到反應(yīng)器，在這里：

混合

加熱或者冷卻

按計(jì)劃好的時(shí)間反應(yīng)

收集產(chǎn)品后分離或檢測

流動反應(yīng)器基本組成如下圖：

流動反應(yīng)的關(guān)鍵是要了解工藝流程，并相應(yīng)的設(shè)計(jì)反應(yīng)器組成。而釜式反應(yīng)器則剛好相反，根據(jù)反應(yīng)釜來設(shè)計(jì)工藝。

流動反應(yīng)器關(guān)鍵特點(diǎn)—微混合器

微流體混合示意圖

流動反應(yīng)器關(guān)鍵特點(diǎn)– 溫度控制

溫度控制技術(shù)包括：

水浴或者油浴、換熱板或者帕爾貼效應(yīng)、再循環(huán)恒溫器或者熱空氣

組成結(jié)構(gòu)的材質(zhì)，采用的溫度控制技術(shù)和反應(yīng)通道的大小都會影響流動反應(yīng)器的換熱效率。

增加流率，需要增加體積來達(dá)到設(shè)定溫度Tset

減少有效反應(yīng)體積

有時(shí)甚至無法達(dá)到設(shè)定溫度

對于放熱反應(yīng)，還要考慮到散熱問題

如果你只是給反應(yīng)器提供熱量，那么放熱就沒法控制

記住當(dāng)考慮工藝開發(fā)放大時(shí)，理解工藝過程很重要，好的反應(yīng)器采用如下步驟完成反應(yīng)過程：

·通過預(yù)熱保證反應(yīng)溫度，更為主動的溫度管理；

·快速混合，保證反應(yīng)體積的最大化；

·在反應(yīng)器內(nèi)淬滅保證產(chǎn)物的穩(wěn)定性，防止產(chǎn)物分解（如果需要可選配）。

→  這對工藝放大生產(chǎn)提供了必要的了解

三、流動化學(xué)優(yōu)勢是什么？

①增加反應(yīng)的可控性

·更高的反應(yīng)選擇性—增加了產(chǎn)率并減少了消耗

·改進(jìn)了工藝穩(wěn)定性—以及前后的一致性

·工藝控制高度自動化

·反應(yīng)條件不受操作者主觀影響

②加強(qiáng)工藝安全性

·反應(yīng)試劑保有量少—ml級到ml級的反應(yīng)液保留

·優(yōu)秀的熱/質(zhì)量傳遞

·溫度、壓力、計(jì)量比等參數(shù)對反應(yīng)的影響，可通過小試反應(yīng)研究

·通風(fēng)櫥中的工廠，降低工廠所需的占地面積

·縮短研發(fā)耗時(shí)

·縮減開發(fā)費(fèi)用

·快速市場化

③更多采用新方法合成新產(chǎn)品的機(jī)會

④通過工藝強(qiáng)化及能耗降低來實(shí)現(xiàn)費(fèi)用減少

四、流動化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域& 用戶

微反應(yīng)器應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)藥中間體、藥物合成、精細(xì)化工、農(nóng)藥化學(xué)、特殊 化學(xué)品、日用品工業(yè)、納米材料、藥物制劑、聚合物改性等。 化學(xué)品、日用品工業(yè)、納米材料、藥物制劑、聚合物改性等。

·藥學(xué)、精細(xì)化工、農(nóng)用化學(xué)、特殊化學(xué)品及日用品工業(yè)

·研發(fā)

新的化工工藝評估

·通過使用少量的試劑和催化劑進(jìn)行詳細(xì)研究

材料生產(chǎn)

·納米顆粒、膠體、顏料及聚合物的高規(guī)格制備

·工藝開發(fā)

·快速實(shí)現(xiàn)從研發(fā)向中試規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化

·能在實(shí)驗(yàn)室研究后通過反應(yīng)較長時(shí)間生產(chǎn)千克級的產(chǎn)物

·能采用以前難以實(shí)現(xiàn)的方法合成某些產(chǎn)物，

·可實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的生物催化、光化學(xué)、電化學(xué)

·生產(chǎn)

·因?yàn)榘踩?，以前被禁止的一些化學(xué)反應(yīng)可以在有良好安全性的反應(yīng)器中執(zhí)行

·精細(xì)化學(xué)品、顏料及離子液體的合成

·活性醫(yī)藥中間體產(chǎn)品(API’s)的生產(chǎn)

由于每個(gè)階段有不同的訴求—因此各階段可能采用不同的設(shè)備。

汶顥股份提供從實(shí)驗(yàn)室工藝開發(fā)到批量生產(chǎn)的微通道反應(yīng)器。從玻璃、不銹鋼（金屬）等材質(zhì)的連續(xù)流反應(yīng)器。

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