微通道反应器的适用反应类型及注意事项说明

微通道反应器是目前精细化工行业看好的提升本质安全的技术之一，我国正逐步实现相关设备和成套技术的自主研发生产，未来该技术将成为精细化工行业工艺选择的一个重要趋势。

反应器小而紧凑，占地面积只有几平方米，可谓是“迷你化工厂”。化学反应在微通道中连续流动发生，反应快速完成，且过程可控，可实现无人化连续操作，少了精细化工在研发和生产中的安全隐患。

微通道反应器相对于传统的釜式反应器有太多优点，在这里不太多阐述，并不是所有的化学反应都可以用该反应器来实现的，其反应器通道比较小，一般是几个毫米，因此有固体参与的反应则很难进行。

适合反应器的反应类型主要包括：

1. 反应本身速度很快，但受制于传递过程的，整体反应速度偏低的反应

这类反应主要为液液多相反应，也包括液液萃取等物理过程。这种过程的特点就在于：反应本身速度快，但是由于底物要在液相间扩散导致反应整体速率偏低。在传统的反应釜内部一般采用搅拌器进行反应，效率较低，无法充分实现两个液相间的混合，因此反应效率低下。而在微通道反应器内由于通道尺寸小带来的扩散尺度减小，导致这类反应可以快速进行。

2.反应本身速度快，但反应剧烈，强放热，产物容易破坏的反应

这类反应主要有硝化，重氮化以及部分水解与烷基化反应。硝化以及重氮化反应本身是非常快速而剧烈的，但是实际工厂操作的时候往往反应时间是以小时计的。这是因为反应釜传热能力有限，为了防止体系内温度过高不可控制，需要一点一点的滴加试剂。可以说反应速度完全由移热能力确定。如果使用移热能力强的微通道反应器就可以快速通入试剂并维持反应平稳进行。可以说这一类反应最具有工业化前景，是应当优先考虑的过程。

3.需要严格控制反应器内部流型的反应。

这种反应主要为纳米颗粒的合成等，这类过程在之前已经介绍过了，主要利用微通道内部的流动规律性制备颗粒分布窄的材料，提高产品附加值。这类反应一般产品产量低，附加值很大，有的时候几块实验装置结合就能成为生产装置，应用前景也较为广阔。

4.部分气液反应从机理上可以采用微通道反应器，但是目前尚未出现好的气液反应器结构

最明显的就是加氢，加氢当然有很多种类，部分加氢反应反应速率高，但受到氢气向液相扩散的限制，导致整体反应速率较低。在这种状况下，当然可以利用微通道的反应器的混合特性进行反应，类似于第一类反应，不过这里加强的是气液传质过程。但是气液过程有其特殊性，主要是在流体分配与控制方面，这导致适宜放大的气液微通道反应器还不存在。因此这方面实验研究非常活跃，工业应用上除非产量小可以直接使用实验装置否则没有可行性。

5. 颗粒尺度达到微通道特征尺度的10%以上，固含量超过5%的含有固体的反应不使用微通道反应器。

由于微通道反应器容易堵塞，大部分含有非均相催化剂的反应器都不适宜使用微通道反应器。此外就是容易生成较大颗粒的反应体系也不适应采用微通道反应器。由于大部分反应都是催化反应，这给微反应器的应用带来非常大的限制。对于非均相体系，催化剂被局限在Pd/C等少数几个品种。目前在科学研究上的趋势就在于如何将催化剂固定在反应器中。方案很多，但是实现起来问题更多。短期内无法进行工业应用，因此对于非均相催化体系，使用微通道反应器需要特别谨慎。

工业化使用反应器要注意的问题：

1、进料系统：随着工业化产能的增大，进料方式仍采用质量流量泵则不太合适，而该反应器在生产过程中对物料的配比要求非常严格，因此采用泵入式流量计则十分有效。

2、压降影响：工业化产量大通道比实验室装置要大，通道长度自然增加，因此进料口压头自然增大，在泵的选型及进料方式上必须权衡考虑。

3、固体催化剂的影响：有很多反应必须采用固体催化剂，不然很容易堵塞通道，因此必须考虑微通道反应器的固液比及固体颗粒直径。

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