微反应器的特点

微反应器技术由于其在化学工业中的成功应用而引起越来越广泛地关注。微反应器是一种连续流动的管道式反应器。它包括化工单元所需要的混合器、换热器、反应器、控制器等,但是,其管道尺寸远远小于常规管式反应器。微反应器内部是由直径为10～500μm的很多微管并联而成,有极大的比表面积,由此带来的根本优势是极大的换热效率和混合效率。换句话说,可以精确控制反应温度和反应物料按精确配比瞬时混合。这些都是提高收率、选择性、安全性,以及提高产品质量的关键因素。

以下就微反应器的反应特点及在有机合成中的应用实例作一介绍。

微反应器反应特点

由于微反应器的结构特征完全不同于常规反应器,决定了微反应器具有独特的优势而适应于某些化学反应。

1 小试工艺不需中试可以直接放大

精细化工多数使用间歇式反应器。小试工艺放大到大的反应釜,由于传热传质效率的不同,一般需要一段时间的摸索,通常都是经过小试2中试2大生产。利用微反应器技术进行生产时,工艺放大不是通过增大微通道的特征尺寸,而是通过增加微通道的数量来实现的。所以小试的最佳反应条件,不需要作任何改变就可以直接进行生产,不存在小试用反应器放大的难题。这样可大幅度缩短产品由实验室到市场的时间,对于精细化工行业,尤其是惜时如金的制药行业,意义极其重大。

2 反应温度可精确控制

极大的比表面积决定了微反应器有极大的换热效率,即使反应中瞬时释放出大量热量,也可以及时吸收以维持反应温度不超出设定值。对于强放热反应,在常规反应器中由于混合速率及换热效率不够高,常常会出现局部过热现象,而局部过热往往导致副产物生成,以导致收率和选择性下降。在精细化工生产中,剧烈反应产生的大量热量如果不能及时导出,会导致冲料事故甚至发生爆炸。

3 反应时间可精确控制

常规的单锅反应,反应物往往采用逐渐滴加,以防止反应过于剧烈,这样就造成一部分先加入的反应物停留时间过长。对于很多反应,反应物、产物或中间过渡态产物在反应条件下停留时间一长,就会导致副产物的产生。微反应器技术采取的是微管道中的连续流动反应,可以精确控制物料在反应条件下停留的时间,一旦达到最佳反应时间就立即传递到下一步反应,或终止反应。这样就有效地消除了因反应时间长而导致的副产物生成。

4 物料可以精确比例瞬时混合

对反应物料配比要求很精确的快速反应,如果搅拌不好,就会在局部出现配比过量而产生副产物。这一现象在常规反应器中几乎无法避免,但微反应器系统的反应通道一般只有数十微米,可以精确按配比混合,避免副产物的形成。

5 结构保证安全性

由于换热效率极高,即使反应突然释放大量热量也可以被吸收,从而保证反应温度维持在设定范围以内,最大程度上减少了出安全事故和质量事故的可能性。与单锅反应不同,微反应器采用连续流动反应,因此在反应器中停留的化学品

数量总是很少的,即使万一失控,危害程度也非常有限。

6 良好的可操作性

微反应器是密闭的微管式反应器,在高效微换热器的帮助下可实现精确的温度控制。它的制作材料可以是各种高强度耐腐蚀材料,例如:用镍合金制作微反应器,可以轻松实现高温、低温、高压反应。另外,由于是连续流动反应,虽然反应器体积很小,产量却完全可以达到常规反应器的水平。