3、連續(xù)結晶 Crystallization
4、電化學 Electrochemistry
一、技術背景
21世紀化學工業(yè)發(fā)展的一個趨勢就是安全、清潔、高效、節(jié)能和可持續(xù)性,盡可能地將原材料全部轉化為符合要求的最終產品,實現(xiàn)生產過程的零排放。要達到這一目標,既可以從化學反應本身著手,通過采用新的催化劑或合成路線來實現(xiàn),即化學的方法;又可以從化學工程角度出發(fā),采用新的設備或技術,通過強化化工生產過程來實現(xiàn),即工程的方法(過程強化)。
“微反應器“也被稱為“微通道”反應器(Microreactor,Micro-channelreactor),是微反應器、微混合器、微換熱器、微控制器等微通道化工設備的通稱。微反應連續(xù)流技術的一大特點是快速工藝開發(fā),微反應連續(xù)流小試工藝開發(fā)平臺自動化程度高,一天內可以輕輕松松完成幾十組實驗,極大地提升工藝開發(fā)的效率。微反應連續(xù)流技術的另一特點是工藝轉化中沒有放大效應。小試工藝,無需中試,可以直接放大生產??梢源蟠罂s短時間從而滿足市場的需求。
微反應連續(xù)流技術的使用可以節(jié)省占地、人員成本,新技術自動化程度高,過程可控性大,生產更加安全,生產效率高,運行費用低,產品質量有保障。新技術的使用可促進國內技術的快速升級,提升產品在國際市場的地位。
連續(xù)流合成范圍及領域不斷擴展,不但包括傳統(tǒng)的反應類型及醫(yī)藥及精細化工行業(yè),還延展到電化學、光化學、微波化學、納米材料以及功能材料等領域。
相對于傳統(tǒng)的批次反應工藝,微反應器具有高速混合、高效傳熱、窄的停留時間分布、重復性好、系統(tǒng)響應迅速、便于自動化控制、幾乎無放大效應以及高的安全性能等優(yōu)勢。
據(jù)統(tǒng)計,在有機合成和催化反應中有大約30%的反應工藝可以通過微反應技術在產率、選擇性 活安全性等方面得到優(yōu)化和提升與傳統(tǒng)技術相比,該技術通過將結構特征尺寸達到微米級來實現(xiàn)其各項優(yōu)點。
微反應器技術(MRT)已經變?yōu)榛瘜W合成的多功能工具。相較于批處理過程,微結構設備極大地提高了混合及加熱能力,從而改進產品的性能并提高了產率。微反應器通常以連續(xù)流模式運行。在反應器體積小于1毫升的情況下,流動化學可以在一天內進行從g級到kg級的無尺度合成。較小的反應器體積有助于安全和容易地控制危險或不穩(wěn)定的材料以及高熱反應??焖俸唵蔚膮?shù)篩選使得微反應器技術成為工藝開發(fā)的一個理想工具。
微結構反應器中的連續(xù)流合成 — 一種化學合成的新思維。
有機化學家通常會在開發(fā)新材料的合成路線上花費大量的時間。需要找出最優(yōu)路線,并優(yōu)化反應條件。一旦一個產品成功了并且需求量增長,整個合成過程都需要再次修正和調整以適應更大批量的生產。
該常規(guī)方法顯示了傳統(tǒng)的批量合成的一個典型的問題:批量合成是一個空間分辨過程。反應的輸出由反應容器的大小決定 — 容器越大則反應的輸出越大。
與批處理模式形成鮮明對比的是,在流動化學中,化學合成是一個時間分辨過程。試劑流持續(xù)地被泵入流反應器中進行混合和反應, 同時產物也即時從反應器中持續(xù)流出。因此,合成規(guī)模只由流速和運行時間來決定。內部體積小于一毫升的相同的反應器可以在較快流速下運行一整天以產出千克級的材料,或者運行幾分鐘以得到較小的微克級的產出。
其他參數(shù),不是大小,決定了微反應器的性能以及它是否能夠提供比傳統(tǒng)的間歇式反應器更好的性能。首先,需要選擇反應器的材料。微反應器可以很容易地使用金屬、玻璃或硅來制造??紤]到價格和溶劑兼容性或熱傳導性,每種材料都具有獨特的優(yōu)勢和劣勢。我們優(yōu)先選擇的材料是玻璃。對于侵蝕性的介質和溶劑,玻璃可以提供很高的兼容性。玻璃微反應器的制造成本不高,且可以透過材料觀察到堵塞或其他問題。
除了反應器材料之外,微反應器具有兩個主要的特點,使其明顯的區(qū)別于典型的間歇式反應器。