微通道反應(yīng)器中精細(xì)化學(xué)品合成危險(xiǎn)工藝研究進(jìn)展

課題組自2016年開始，開展基于微通道反應(yīng)器的連續(xù)化生產(chǎn)工藝開發(fā)等方面的研究工作。對(duì)氯化、溴化、氟化、氧化、重氮化、硝化、加氫及胺化等反應(yīng)過程進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。本文是在課題組前期研究基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域最新研究成果進(jìn)行了歸納、總結(jié)，并結(jié)合作者多年研究心得所撰寫，以期為科研工作者了解相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)提供幫助。摘要：鹵化、氧化、重氮化、硝化以及催化加氫是精細(xì)化工生產(chǎn)中的重要反應(yīng)，通常以間歇方式在釜式反應(yīng)器中進(jìn)行，存在安全隱患，并且反應(yīng)效率低。微通道反應(yīng)器技術(shù)的發(fā)展為解決上述問題提供了有效途徑，因此，發(fā)展基于微通道反應(yīng)器的安全高效合成工藝成為當(dāng)前精細(xì)化工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。該文綜述了近年來微通道反應(yīng)器中涉及精細(xì)化工產(chǎn)品合成危險(xiǎn)工藝的研究進(jìn)展，并指出了微通道反應(yīng)器存在的不足和今后研究的方向。結(jié)束語與展望本文總結(jié)了新型微通道反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和相關(guān)產(chǎn)品在微通道反應(yīng)器中合成工藝的研究進(jìn)展，涵蓋了放熱劇烈、反應(yīng)物或產(chǎn)物不穩(wěn)定、物料配比嚴(yán)格、高溫高壓等危險(xiǎn)反應(yīng)工藝，與國家石化化工行業(yè)鼓勵(lì)推廣應(yīng)用的技術(shù)和產(chǎn)品目錄的第一條“新型微通道反應(yīng)器裝備及連續(xù)流工藝技術(shù)”的范疇相契合[92]。從中發(fā)現(xiàn)：（1）微反應(yīng)器的材質(zhì)與反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)表面的均勻分布以及耐腐蝕性密切相關(guān)，從而影響反應(yīng)能否順利進(jìn)行；（2）均相或氣-液兩相反應(yīng)可以在經(jīng)典的毛細(xì)管線圈反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，通過工藝參數(shù)的優(yōu)化可以達(dá)到理想的結(jié)果，其中停留時(shí)間是主要因素；（3）對(duì)于光催化反應(yīng)，微反應(yīng)器的構(gòu)型設(shè)計(jì)應(yīng)滿足盡可能大的受光面積；（4）對(duì)于氣-液-液三相反應(yīng)，微反應(yīng)器的設(shè)計(jì)首先考慮的是反應(yīng)物相的充分混合問題，混合器和反應(yīng)器芯片的構(gòu)造與構(gòu)型是優(yōu)先考慮的因素；（5）采用催化活性組分修飾的毛細(xì)管微反應(yīng)器可以解決經(jīng)典毛細(xì)管反應(yīng)器不能進(jìn)行固-液或氣-固-液多相催化反應(yīng)的問題，而且無需催化劑的分離，其中負(fù)載催化活性組分的活性和穩(wěn)定性是優(yōu)先考慮的問題；（6）填充床反應(yīng)器上也可進(jìn)行固-液或氣-固-液多相催化反應(yīng)，催化劑的填充需避免大的壓降問題；（7）除了反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力以外，氣體流速、液體流速以及停留時(shí)間也是獲得微通道反應(yīng)器中相關(guān)反應(yīng)優(yōu)化工藝的重要參數(shù)。盡管微通道反應(yīng)器設(shè)計(jì)及其在各類反應(yīng)中的應(yīng)用取得了良好的結(jié)果，但國內(nèi)與國際先進(jìn)國家的研究尚存一定距離。國內(nèi)研究多集中于利用現(xiàn)有微反應(yīng)器改進(jìn)某些產(chǎn)品的合成工藝，而缺乏設(shè)計(jì)、構(gòu)建新型微反應(yīng)器的能力與興趣。原因之一是國內(nèi)缺少具備機(jī)械、力學(xué)、化工和化學(xué)多學(xué)科共融的復(fù)合型研究團(tuán)隊(duì)。未來，微通道反應(yīng)器的研究與應(yīng)用應(yīng)著眼于以下方面：（1）由于不同材料的表面特性不同，微通道內(nèi)壁的表面特性可顯著影響流體動(dòng)力學(xué)、內(nèi)部循環(huán)和傳質(zhì)性能，因此，在設(shè)計(jì)新微通道反應(yīng)器時(shí)應(yīng)預(yù)先對(duì)不同材料的表面性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)探究；（2）在氣-液兩相反應(yīng)的工藝研究中，選擇合適的溶劑和氣體載體是最重要的問題之一，因此，研究相關(guān)液體和氣體的物理性質(zhì)（黏度、界面張力等）可以實(shí)現(xiàn)更好的工藝設(shè)計(jì)；（3）氣-液-液三相反應(yīng)體系在微通道反應(yīng)器中的高效混合是反應(yīng)器設(shè)計(jì)的重要方向；（4）微通道反應(yīng)器中緩慢結(jié)垢的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)和清除是未來研究和應(yīng)用不能回避的問題。此外，以浙江東湖高科股份有限公司開發(fā)的微通道反應(yīng)器中乙烯利規(guī)模化生產(chǎn)工藝和浙江巍華新材料股份有限公司采用年通量萬噸級(jí)的康寧G5微通道反應(yīng)器及管式反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)為示范，加速推廣微通道反應(yīng)器在精細(xì)化工特別是醫(yī)藥中間體合成危險(xiǎn)工藝中的應(yīng)用