微反應器技術由于其在化學工業中的成功應用而引起越來越廣泛地關注。微反應器是一種連續流動的管道式反應器。它包括化工單元所需要的混合器、換熱器、反應器、控制器等,但是,其管道尺寸遠遠小于常規管式反應器。微反應器內部是由直徑為10～500μm的很多微管并聯而成,有極大的比表面積,由此帶來的根本優勢是極大的換熱效率和混合效率。換句話說,可以精確控制反應溫度和反應物料按精確配比瞬時混合。這些都是提高收率、選擇性、安全性,以及提高產品質量的關鍵因素。

以下就微反應器的反應特點及在有機合成中的應用實例作一介紹。

微反應器反應特點

由于微反應器的結構特征完全不同于常規反應器,決定了微反應器具有獨特的優勢而適應于某些化學反應。

1 小試工藝不需中試可以直接放大

精細化工多數使用間歇式反應器。小試工藝放大到大的反應釜,由于傳熱傳質效率的不同,一般需要一段時間的摸索,通常都是經過小試2中試2大生產。利用微反應器技術進行生產時,工藝放大不是通過增大微通道的特征尺寸,而是通過增加微通道的數量來實現的。所以小試的最佳反應條件,不需要作任何改變就可以直接進行生產,不存在小試用反應器放大的難題。這樣可大幅度縮短產品由實驗室到市場的時間,對于精細化工行業,尤其是惜時如金的制藥行業,意義極其重大。

2 反應溫度可精確控制

極大的比表面積決定了微反應器有極大的換熱效率,即使反應中瞬時釋放出大量熱量,也可以及時吸收以維持反應溫度不超出設定值。對于強放熱反應,在常規反應器中由于混合速率及換熱效率不夠高,常常會出現局部過熱現象,而局部過熱往往導致副產物生成,以導致收率和選擇性下降。在精細化工生產中,劇烈反應產生的大量熱量如果不能及時導出,會導致沖料事故甚至發生爆炸。

3 反應時間可精確控制

常規的單鍋反應,反應物往往采用逐漸滴加,以防止反應過于劇烈,這樣就造成一部分先加入的反應物停留時間過長。對于很多反應,反應物、產物或中間過渡態產物在反應條件下停留時間一長,就會導致副產物的產生。微反應器技術采取的是微管道中的連續流動反應,可以精確控制物料在反應條件下停留的時間,一旦達到最佳反應時間就立即傳遞到下一步反應,或終止反應。這樣就有效地消除了因反應時間長而導致的副產物生成。

4 物料可以精確比例瞬時混合

對反應物料配比要求很精確的快速反應,如果攪拌不好,就會在局部出現配比過量而產生副產物。這一現象在常規反應器中幾乎無法避免,但微反應器系統的反應通道一般只有數十微米,可以精確按配比混合,避免副產物的形成。

5 結構保證安全性

由于換熱效率極高,即使反應突然釋放大量熱量也可以被吸收,從而保證反應溫度維持在設定范圍以內,最大程度上減少了出安全事故和質量事故的可能性。與單鍋反應不同,微反應器采用連續流動反應,因此在反應器中停留的化學品

數量總是很少的,即使萬一失控,危害程度也非常有限。

6 良好的可操作性

微反應器是密閉的微管式反應器,在高效微換熱器的幫助下可實現精確的溫度控制。它的制作材料可以是各種高強度耐腐蝕材料,例如:用鎳合金制作微反應器,可以輕松實現高溫、低溫、高壓反應。另外,由于是連續流動反應,雖然反應器體積很小,產量卻完全可以達到常規反應器的水平。