流動(dòng)化學(xué)潛在好處以及連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)
閱讀:627 發(fā)布時(shí)間:2022-10-22
在連續(xù)流動(dòng)中進(jìn)行反應(yīng)僅僅意味著反應(yīng)在管道、管子、毛細(xì)管或微毛細(xì)管中進(jìn)行,而不是在傳統(tǒng)的分批攪拌容器中進(jìn)行。連續(xù)流動(dòng)化學(xué)描述了在狹窄通道內(nèi)以連續(xù)方式進(jìn)行反應(yīng)的性能,利用其固有特性嚴(yán)格控制反應(yīng)條件。
流動(dòng)化學(xué)的引入是向前邁出的重要一步,因?yàn)榕c更傳統(tǒng)的批處理方法相比,它提供了幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。某些特定化學(xué)品和反應(yīng)的危險(xiǎn)性可能會(huì)限制或排除它們的使用,尤其是大規(guī)模使用。但是,如果可以安全使用這些化學(xué)品,通常可以提供更好的效率。尋找替代方案通常很昂貴,并且需要很長(zhǎng)的反應(yīng)序列。其中一些問(wèn)題與高度放熱、極快的反應(yīng)有關(guān),并且具有積聚熱量和形成熱點(diǎn)的趨勢(shì)。這些反應(yīng)通常涉及難以處理且具有潛在毒性或爆炸性的不穩(wěn)定物質(zhì)。這帶來(lái)了特定的安全問(wèn)題,并可能導(dǎo)致反應(yīng)失控、不希望的副產(chǎn)物或?qū)Ψ磻?yīng)裝置的意外爆炸損壞。此類(lèi)過(guò)程的示例包括硝化、鹵化和基于有機(jī)金屬的反應(yīng),它們廣泛用于制藥行業(yè)、dynamite生產(chǎn)和精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)等幾個(gè)重要行業(yè)。
連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器與間歇反應(yīng)器相比具有幾個(gè)優(yōu)勢(shì),并為上述問(wèn)題提供了解決方案。反應(yīng)器的特點(diǎn)是狹窄且定義明確的通道,內(nèi)部尺寸在微米到毫米范圍內(nèi),內(nèi)部體積從幾微升到毫升不等。連續(xù)流動(dòng)化學(xué)的真正力量在于管理化學(xué)品通過(guò)這些狹窄通道的流動(dòng),利用它們的內(nèi)在特性在嚴(yán)格控制的條件下處理化學(xué)品,并在沒(méi)有干預(yù)的情況下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器的狹窄通道影響化學(xué)品流的流體動(dòng)力學(xué)、傳熱和傳質(zhì)。這導(dǎo)致即使在不混溶相的情況下也能有效混合、高效的熱量和壓力管理、對(duì)停留時(shí)間和局部化學(xué)計(jì)量的精確控制、固有的安全性、潛在的無(wú)縫可擴(kuò)展性和按需生產(chǎn)。早在 2000 年,文獻(xiàn)就報(bào)道了化學(xué)微反應(yīng)器的進(jìn)展,包括對(duì)微通道混合和熱交換等元素操作的描述及其在氣相、液相和氣液精細(xì)化工中的應(yīng)用合成。
盡管流動(dòng)化學(xué)有希望,但有必要注意流動(dòng)化學(xué)不是一個(gè)通用的解決方案,也不是對(duì)化學(xué)中的每個(gè)問(wèn)題都有利。 由于幾個(gè)原因,間歇反應(yīng)器在不久的將來(lái)仍將是理想選擇。 它們更強(qiáng)大、更通用且更具成本效益。 批次是可追溯的,它們與氣體、液體和固體兼容,幾乎可以在每個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中找到它們。事實(shí)上,流動(dòng)化學(xué)科學(xué)家需要解決的問(wèn)題之一是反應(yīng)器與固體的相容性。其他挑戰(zhàn)包括專(zhuān)業(yè)知識(shí)的稀缺、高昂的啟動(dòng)成本和產(chǎn)品的可追溯性。