微反應器是當前化工行業(yè)轉型升級的熱門，很多企業(yè)和高校都被微反應器的各大優(yōu)點所吸引，這幾年大家都一直在了解和探索。那么，對于微反應器在化學化工中的應用是否有些體會？微反應器的優(yōu)點，適用的領域，以及面臨的挑戰(zhàn)。文中有總結和探討，希望和大家共同學習。

微反應器

微反應器又被稱作為微通道反應器，是集合了微反應器、換熱器、微萃取器等化學分析容器的微型化學設備，微反應器產(chǎn)生于微流控技術，由于微尺度的衡量標準不同，微反應器與傳統(tǒng)的化學反應器具相比具有較大優(yōu)勢。具有隔熱和進行快速傳輸?shù)淖饔?，能夠嚴格控制化學反應的方式和反應的時間，可以快速對化學反應進行放大，具備很強的安全性特征。從而，大大縮短化學反應處理時間，提高化學反應效率，提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

微反應器的技術優(yōu)點

1、可以精確的控制反應的時間

微反應器可以對反應的時間進行精確的控制，通過改變反應器的反應通道控制化學反應的流速，控制化學反應可能產(chǎn)生的中間物質，在化學反應產(chǎn)生之前將物質轉換到另一個反應區(qū)間，因此該技術的產(chǎn)生不會對化學反應的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，如果遇到多相體系，也能通過控制流速而改變物質產(chǎn)生反應的時間，通過改變流體的類型，對整體反映效果達到控制的目的。如果應用微反應器，通過控制反應停留的時間，會取得更加明顯的效果，控制恒定的流速是保證化學反應的關鍵。

2、集成化程度較高

實現(xiàn)微反應以及微分離等操作步驟，一些微反應單元的操作可以集成到固定的反應芯片之中，從而實現(xiàn)對微反應進行實時監(jiān)控的目標，這樣的反應效果可以提升反應的效率，節(jié)省產(chǎn)品生產(chǎn)的成本。如果材料混合之后反應還有停留時間，則需要及時更換反應的速度，將反應安排在同一個區(qū)域。通過多種形式的反應控制模式，可以實現(xiàn)化學反應的重復性，對平行試驗方式的實現(xiàn)較為有利。

3、混合效率和熱轉換效率均有所提升

微反應容器的熱轉換效率可以通過化學反應通道來實現(xiàn)，因為反應通道的尺寸只有幾百微米，雷諾數(shù)比較低，層流擴散有可能會對反應產(chǎn)生的混合物的種類產(chǎn)生影響，產(chǎn)生二次混流的效果，微反應器的尺度也可能因為反應擴散，讓時間變得更短，混合的效率加快。在一定的優(yōu)勢條件下，反應器的內部化學物質會因為反應條件的影響而有所加強，為了擴大反應的通道數(shù)量，提升反應的條件和質量，熱傳播系數(shù)需要和通道的尺寸成正相關關系。微反應的效率如果可以達到每平米一萬瓦以上，則可以起到縮小表面積的效果傳統(tǒng)的攪拌設備只能達到一千瓦左右。

微反應器在化學領域的運用

1、減少反應的時間

微反應器可以促進化學反應高效率的完成，大量減少反應的處理時間。最主要的原因是因為根據(jù)專項熱系數(shù)的比值計算，可以高效的實現(xiàn)化學反應。例如，在醇醛等物質化合反應的實驗過程中，產(chǎn)生四丁基氟化銨，兩種物質互相化合的速率明顯加快，而且發(fā)生化學轉化的比例明顯提升。通過甲硅烷基烯醇和溴苯甲烷的融合，可以使得目標物質的生成達到百分之百的轉化，只用了20分鐘就完成所有的轉化要求，大大降低了反應的時間，而傳統(tǒng)的化學容器無法達到（相關資料，上述反應至少需要20個小時左右）。

2、提高轉化的效率

化學反應在微反應容器中進行的時候，先是?；磻鹘y(tǒng)容積是乙酸酐和醋酸鉀，也有使用醋酸鈉的，這些鹽溶劑的溶解性比較差，可能造成反應容器的堵塞等問題。也會可以采用三乙胺替代的反應方式，來提升反應的效率。但是微反應容器當中，事先就可以將各種溶劑進行混合，隨著溶劑反應速率的加快，溫度設置會達到一百三十度左右，溶劑的反應速率會達到一百以上。釜式反應器的速率有可能達到百分之八十左右，二羥基化合物的氟化反應速率則一般能達到百分之十五，如果嘗試了微反應容器則直接達到了百分之九十以上。

3、進行高溫高壓的反應

在控制壓強和反應溫度的時候，一般可以讓反應溫度達到 250℃之上，壓強則可以控制到 1.3Mpa，反應時間可以控制在一到兩個小時左右。如果反應的時候采用甲苯作為反應間質，經(jīng)過反應條件優(yōu)化之后，可以加將溫度控制在240℃左右，在壓強 10 倍大氣壓的條件下反應，效率不僅會提升，最終產(chǎn)物也會更純，廢棄物的回收效率會提升，副產(chǎn)品的比例甚至會低于5%左右。另外，溫度變化會對重排反應產(chǎn)生重大影響，在小于 230℃的條件下，轉化的安全性不高，也不會導致反應中副產(chǎn)品的產(chǎn)生，因此盡量不采用控制反應時間的方式改變反應效率。

微反應技術可以應用的化工領域

1、制藥行業(yè)和精細化工領域

在制藥行業(yè)當中，很多化學反應都可以通過微反應處理技術來實現(xiàn)，通過連續(xù)工藝流程提高產(chǎn)品使用效率和質量。

在精細化工領域，很多反應對溫度的要求異?？量?，或者需要在幾百度的高溫條件或者在幾十度的低溫條件下進行，因此對加工物質的材料就有高度的溫度控制問題。微反應器的尺度可以很好地把握反應的特性，對溫度和反應時間進行精確控制，保證反應能夠順著化學流程正常進行下去。

在制藥行業(yè)領域，新藥的研發(fā)也需要耗費大量的流程，篩選出合適的化合物是制藥技術的關鍵環(huán)節(jié)。微反應技術可以實現(xiàn)基因分析設備的集成應用，實現(xiàn)基因分步，內部環(huán)境和具有生物敏感性的技術為集成藥物的創(chuàng)造提供良好條件。通過藥物篩選技術，使得化工領域當中實現(xiàn)微反應容器的高效利用，提高藥物產(chǎn)生和提取的效率，降低試劑消耗以及降低反應裝置的成本。也可以利用微反應容器產(chǎn)生大量的氟化物質，并且完成的生產(chǎn)流程效率較高。

2、生物化學領域的運用

多種重要的化合物除了可以利用基因工程進行生產(chǎn)的同時，還可以利用化學合成的方法實現(xiàn)生產(chǎn)，但生理系統(tǒng)比較復雜，很多因素都會限制醫(yī)療有效物質的提取效率。因此，控制反應的時間和反應的步驟就顯得格外重要。

目前化工領域催化技術的應用已經(jīng)可以進行微反應，生物催化技術與之結合后將誕生更加綠色的新技術。一些常見的需要利用反應酶的化學反應已經(jīng)可以利用微反應容器實現(xiàn)多相所需要的性能，如：酶聯(lián)免疫實驗的成功。催化酶參與微反應容器已經(jīng)可以在多領域進行具體應用，由于酶的種類和用量都是有限度的，也可以采用蛋白質水解的方法生成。將酶作為一種載體固定在微通道的內壁之上，形成微小的酶反應容器。

微反應容器的應用有可能出現(xiàn)的挑戰(zhàn)

微反應容器自產(chǎn)生之后雖然發(fā)展迅速，但是很快就產(chǎn)生了問題與挑戰(zhàn)。例如，微通道容易產(chǎn)生堵塞，一些化學物品參與反應之后，會影響到通道內流體的速率，長期之后會產(chǎn)生沉積，影響液體通過的效率，甚至可能導致化學反應失敗。另外，由于涉及到了負載效應，微通道由于尺寸過小，對催化的裝載能力有限，因此對催化劑的效用要求較高，催化劑的負載主要是在內壁之上，如果被涂抹到表面，則容易出現(xiàn)附著性問題，會對產(chǎn)品開發(fā)的過程產(chǎn)生阻礙。

結語

微反應技術能夠在改變化工領域反應效率的同時改變反應過程，是化工行業(yè)技術升級的關鍵?；ゎI域如果可以高效的應用微反應平臺，將能夠極大的提升反應效率。微反應的研究之路還很長。

參考資料：《微反應器在化學化工領域中的應用》李尚銳

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