多样化的化学工业生产反应装备选择

从国际视野看，尚有很多先进的成熟的化工技术并未普及—强化国外化工技术引进与国产化。

在国际上有很多专业的化学工程公司，针对某些化学反应有着很好的工程经验和管理经验，无论是项目的安全性、环保性、生产的效率性和经济性都有着非常大的技术优势；同时国内的工程项目管理经验和装备制造能力也有长足的进步，为吸收国际技术打下了坚实基础。本文将对气液两相反应、气液含加少量固体催化剂的反应类型、液液反应、放热反应、光化学反应、固液反应和微反应器类型进行讨论。对于气液反应从实验室到工业装置也进行简述，对有关无溶剂和连续化的技术前沿进行初步的探讨；对于微反应器在化学中的应用和未来发展做一个概述。

一、气液反应：

釜式技术:

目的：提高反应质量、降低反应成本、提高反应安全性、装置平稳运行

适用：非均相催化加氢（骨架镍或贵金属负载催化剂）、无溶剂反应、连续化反应、绝大多数放热反应

手段：垂直换热板组片、自吸排气搅拌桨、磁力密封

釜式技术是迄今为止应用最广泛的化工技术，大多数的精细化工主要的生产方式都是釜式，半间歇、间歇、半连续、连续等各种工艺都有使用，大量的工艺师、工程师都精通反应釜的使用。所以，只要将单釜的传质换热能力提升，工艺师和工程师是很容易进行工艺优化。传统的反应釜传质受到搅拌器形式和转速的限制，以及内部挡板死角等因素传质效果较差；釜内的盘管换热面积有限、换热系数不高，水平排放不利于物料上下翻腾等。垂直换热板内置于釜内，解决了反应物料换热问题和釜内流向问题；自吸排气搅拌桨解决了多相物料混合问题。国内的催化加氢无论是镍系催化剂还是贵金属催化剂都非常适用。一些放热量大的化学反应，应用换热板换热也取得了很好的效果。用于医药催化加氢的反应釜交钥匙工程可达到cGMP标准。

回路反应器技术：

目的：提高气液反应效率；提高反应质量；

适用：EO/PO表活剂领域；均相及非均相加氢；纯氧氧化；羰基化；油脂加氢；石油 树脂加氢；

手段：文丘里喷射器、循环泵、外置换热器

回路技术是先进的高效能的气-液反应技术，应用于化工、制药行业。高传质效率决定了它是不对称加氢不二选择，同时反应的均匀性应用于EO/PO也是釜式反应器无法比拟的，应用于催化加氢、纯氧氧化、氨化、油脂加氢等可以达到万吨级十万吨级产量。专门为医药设计回路反应器可达到cGMP标准，高效反应、均匀性好、批次质量等同。利用文丘里喷嘴进行气液反应、气泡细密因而比表面积极大、传质效果极好，反应容器内无挡板，全部物料整体流动，混合均匀，外置换热器可以按照工艺需求系统设计。

二、连续流合成技术：

微反应器技术：

微反应技术是一个新颖技术，它以先进的微结构制造技术为基础，以100nm~1mm孔径为技术特征。十余年来，微反应器成功实现了商业性生产，并且实现了模块化设计制造、制造成本下降。传统经典化学反应也开始连续流合成研究，文献数量不断增加。微反应器展现了好的反应选择性和好的效率。连续流相比于间歇反应也有明显改善的生产特点，诸如反应条件恒定不变、操作简单可控、工艺研发过程简化等等。微反应器连续化学生产较釜式反应器更加简单可控。

微反应器的显著特点：

传质系数高：微孔径通道使得传质路径变小，扩散时间变短，强化了传质能力；

传热系数大：面积体积比大，有利于反应热的转移和补充，温控极好；强化了对温度敏感的化学反应的选择性，抑制副产物生成。

持液体积小：持液体积小，在反应器出现问题时只有少量化合物暴露，安全性好；

无  返  混：连续流反应无返混，反应完成后产物即被移除，减少产物停留时间；

易  放  大：微反应器的实验级和工程级微结构不变，放大过程只是数量增加；

无放大效应：微反应器放大过程中不存在釜式3D结构，无放大效应；

研发时间短：高度可控的反应条件简小了筛选化学工艺参数的难度，缩短研发时间； 每次投料可观察多个参数，同一溶剂、浓度条件下观察不同温度流速的反应状况

稳  定  性：反应条件的稳定而精确的控制；

缺      点：易堵塞，固体颗粒和固体颗粒或者副产品聚合物能够聚集在微反应器极细的孔道中，一段时间后就会堵塞（结垢），越细的反应器通道，越容受影响。

适用工况：

定制合成：微反应器稳定的反应条件重现有利于重复性较高的定制合成业务；

工艺革新：连续流合成取代间歇反应；

特殊工况：溴素、硝化、氟、氢气、光化学等特殊物料参与；低温反应等；

高选择性：强制温控抑制副反应生成；

三、固液反应技术：

高粘捏合反应技术：固液反应，废溶剂回收。

四、结晶技术：

熔融结晶技术：

目的：同分异构体分离

适用：同分异构体熔点差别较大如苯环不同位置取代物分离

手段：垂直换热板阵列

换热板均匀的阵列使箱体内的温度可以均匀下降，熔融结晶的工作原理就是当温度下降到某一温度时，有一种物质从中结晶析出，待结晶过程完成后，将未结晶物料放出、洗涤。物料分离之后将结晶物熔化或部分熔化取出。。

五、光化学反应技术：

目的：筛选利用不同光波段、合理使用光源减少副反应

适用：自由基反应、光催化反应、光化学反应

手段：光源、滤波器、反应器器皿材料、防护措施

光化学反应工程技术在国外已经有25年历史，德国公司对有着丰富的光化学应用和工艺开发和工程解决方案。光作为一种反应“物料”参与了诸多光催化反应、自由基反应、取代反应。光的波段和光子流强度是这种反应物料“光”的两个重要参数；合理安排光源和反应器形式，对反应物料的近二十个参数强化控制。成熟工艺：微反应器+光化学反应、浸入式光化学反应等、以及特殊物料的整个光化学生产工艺包等。

六、环保技术：

废酸处理技术：

化工和医药的生产过程中经常有废硫酸产生，一种办法是将废酸中和然后蒸发处理，另外一种办法就是将废酸中有机成分通过氧化和汽提等办法除去，再将稀的废酸浓缩为可回用的废酸。混酸余量硝酸和氮氧化合物也可以重新富集的和提取为硝酸。合理的工艺流程达到低能耗高效率的目的。特种材料的使用保证工程治理的可靠性和装置稳定性。