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

以下就微反應器的反應特點及在有機合成中的應用實例作一介紹。

微反應器反應特點

由于微反應器的結構特征完全不同于常規(guī)反應器,決定了微反應器具有獨特的優(yōu)勢而適應于某些化學反應。

1 小試工藝不需中試可以直接放大

精細化工多數使用間歇式反應器。小試工藝放大到大的反應釜,由于傳熱傳質效率的不同,一般需要一段時間的摸索,通常都是經過小試2中試2大生產。利用微反應器技術進行生產時,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量來實現的。所以小試的最佳反應條件,不需要作任何改變就可以直接進行生產,不存在小試用反應器放大的難題。這樣可大幅度縮短產品由實驗室到市場的時間,對于精細化工行業(yè),尤其是惜時如金的制藥行業(yè),意義極其重大。

2 反應溫度可精確控制

極大的比表面積決定了微反應器有極大的換熱效率,即使反應中瞬時釋放出大量熱量,也可以及時吸收以維持反應溫度不超出設定值。對于強放熱反應,在常規(guī)反應器中由于混合速率及換熱效率不夠高,常常會出現局部過熱現象,而局部過熱往往導致副產物生成,以導致收率和選擇性下降。在精細化工生產中,劇烈反應產生的大量熱量如果不能及時導出,會導致沖料事故甚至發(fā)生爆炸。

3 反應時間可精確控制

常規(guī)的單鍋反應,反應物往往采用逐漸滴加,以防止反應過于劇烈,這樣就造成一部分先加入的反應物停留時間過長。對于很多反應,反應物、產物或中間過渡態(tài)產物在反應條件下停留時間一長,就會導致副產物的產生。微反應器技術采取的是微管道中的連續(xù)流動反應,可以精確控制物料在反應條件下停留的時間,一旦達到最佳反應時間就立即傳遞到下一步反應,或終止反應。這樣就有效地消除了因反應時間長而導致的副產物生成。

4 物料可以精確比例瞬時混合

對反應物料配比要求很精確的快速反應,如果攪拌不好,就會在局部出現配比過量而產生副產物。這一現象在常規(guī)反應器中幾乎無法避免,但微反應器系統的反應通道一般只有數十微米,可以精確按配比混合,避免副產物的形成。

5 結構保證安全性

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

數量總是很少的,即使萬一失控,危害程度也非常有限。

6 良好的可操作性

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