流动化学和微反应器的技术特点

微反应器是微加工或其他结构化的设备，至少有一个(特性)尺寸小于1毫米。通常使用的最小结构是几十微米，但也有尺寸更小的例外。微反应技术利用微反应器进行化学反应工程。流动化学是一种由化学动机(例如，新的合成方案)驱动的相关方法。

微反应器和流动化学的机会及其与可持续性的相关性

传质

微反应器的混合速度比传统混合器快得多，可达到毫秒级。单相或两相之间的质量传递同样得到加强。可持续性成果是减少浪费、降低能耗、提高产量;与成本和LCA(循环性)相关。

传热

微反应器即使在热失控或爆炸情况下也能传热，并从强(绝热)热释放转变为可控的等温操作。可持续性成果是减少浪费、降低能耗、提高产量;与成本和LCA(循环性)相关。

完全控制热传递(无热过冲、无热点)通常与同时完全控制质量传递有关。微反应器的泰勒流模式，常规气液段塞，通过这两种途径，能够研究在相对高温下异丁烷氧化为叔丁基过氧化氢(TBHP) 过程中元素反应的微妙相互作用。TBHP作为过氧化物是一种热敏感材料，容易分解。TBHP具有双重功能:引发反应和作为一种自催化剂。另一种常见的引发剂二叔丁基过氧化物(DTBP)会在所用的高温下分解，从而降低TBHP的产量。只有通过微反应器提供的卓越传热控制，才能区分这些复杂的效应。

停留时间

微反应器可以大大缩短反应时间，从几天和几小时缩短到几分钟甚至更短反应在尽可能短的(固有)时间尺度上发生的可能性被称为闪速化学。最快的反应在几室秒内完成可持续性的结果是减少浪费和提高产量;与成本和LCA(循环性)相关。

与间歇技术相比，聚醚多元醇的混合辅助微反应器操作可显著缩短反应时间。在异常高的反应温度下，不到1分钟即可实现95%的转化率。

生产力

更快的反应时间、在以前的爆炸状态下运行和/或更高的产量使流动化学能够提高生产率。挑战在于在扩大规模时保持高生产率。生产率主要可以通过减少反应时间或增加转化率(或两者兼而有之)来提高。可持续性的结果是减少浪费和提高产量;与成本和LCA(循环性)相关。

安全性

微反应器可以在工艺条件下实现安全运行，否则在常规条件下可能会导致热失控或爆炸。微流操作可以将爆炸范围移出典型操作条件。危险反应通常是阻碍传统反应器扩大规模的障碍，而微反应器已被证明可以安全地处理使用不稳定中间体或危险试剂的反应以及用于千克级合成的高放热反应。这使得更多实验室化学创新能够过渡到中试和生产规模。

图、通过在流动化学中使用减小的体积来减轻主要批次的安全风险

多反应网络/产品复杂性

微反应器可以在有限的空间和短时间内整合多种反应，最大限度地减少浪费。它们能够连续合成复杂的产品;通常无需分离或中断反应。

可持续性的结果是降低能耗、提高产量和生产出更好的产品;与成本、LCA和循环性相关。

新型工艺窗口

微反应器需要专用工艺(协议)，而最佳工艺通常与常规做法相去甚远。这些不寻常的(新型)工艺窗口不适合传统设备，使微反应器和流动化学能够胜过同类产品。探索新型工艺窗口(NPW) 可以提高微反应器和流动化学的性能。

可持续性的结果是减少浪费，降低能源消耗、提高产量和提供更好的产品;与成本、生命周期评估和循环性相关。

回收

在循环时代，回收已成为所有加工过程(包括流动化学加工)中必不可少的部分。流动分离是回收的一部分，尽管经过了二十年的研究，但仍然缺乏与流动化学反应的整合。

可持续性成果包括减少浪费和能源消耗;与成本、LCA 以及最显著的循环性和ESG相关。

在膜分散微反应器中，聚乙烯醇和正丁醛的缩聚反应证明了工艺成分HCI、水和正丁醛的回收。该反应生成聚乙烯醇丁醛，一种用于夹层汽车玻璃的化学品。选择这些成分是因为它们能够使缩聚反应达到所需的超高转化率。正丁醛转化率达到99%，回收有效减少了86% 的HCI 使用量。

设计溶剂

设计溶剂能够设计出超出普通溶剂能力的溶剂，因此也被称为“主溶剂”。微反应器通常体积较小，适合使用昂贵的设计溶剂，并且要求溶剂性能达到最高标准。微反应器和主溶剂的联合使用在实验室规模上取得了重大成就.

图、流动化学中使用的设计溶剂的分类

可持续性的结果是减少浪费和降低能源成本;与成本、LCA 以及最显著的循环性相关。

自动化/模块化

小型、紧凑型反应器(如微反应器)有利于模块化，作为一种“工艺模块乐高”。要达到近乎理想的工艺条件，需要用计算智能来取代人工操作;这是流动化学“工艺自动化”的本质。自动化流动化学使按需药物生产成为可能，该系统可在可重构的模块化系统中进行，能够在一个流程中完成一个伸缩合成。它支持许多不同的反应或通过一个共同的构建块合成许多分子。使用流动的优势包括可扩展性、安全性、速度和可重复性。自动化流动合成集成了自动设计、API合成和生物测定筛选平台。

图、过程自动化示例，包括泵站、反应器、过程条件(即温度和压力)和在线分析仪

可持续性成果涵盖上述类别;与ESG 相关，有助于实现工业标准。

规模化/可预测性

微反应器是可复制的反应器系统，理想情况下只是“编号”，类似于自然界的细胞。虽然微反应器的规模化现实与理想情况有一定差异，但微反应器的规模化确实比传统的间歇式反应器设置更快、更轻松。几位将微反应器推向生产规模的工业研究人员也持这种观点。

可持续性成果是加快上市时间、降低成本和增加现金流;与TEA相关，尤其是ESG。

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