微反应技术概述微反应技术概述

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1、微反应技术概述“微反应器“也被称为“微通道”反应器（Microreactor,Micro-channelreactor），是微反应器、微混合器、微换热器、微控制器等微通道化工设备的通称。自20世纪90年代中期微反应技术兴起以来，由于其独特的特色和优势得以迅速发展并成为科研院校和企业界共同的研究热点；不但取得了很多令人瞩目的研究成果，而且在医药、农药、特种材料以及精细化工产品及中间体的合成中得到了越来越多的应用（参见图1，微反应器技术领域历年来的专利申请情况）。尤其进入本世纪以后，各大跨国公司也开始关注这一新兴技术，纷纷成立专门的微反应技术部门开展在其相关工业领域的应用研究；同时开发微反应技

2、术的公司之间也强强联合，以期进一步拓展微反应技术在工业生产中的应用。美国化学会权威杂志Chem&EngineeringNews于2010年3月1日刚刚报道了瑞士Lonza公司和德国拜耳EhrfeldMikrotechnikBTS（EMB）公司相互合作的进展。在可以预见的未来，这一技术必将得到广泛应用（参考文献：ChemicalReviews2007,107,2300-2318.）。图1微反应器技术领域历年来的专利申请情况111．1．．．连续化微通道反应器的特征及其优势连续化微通道反应器的特征及其优势“微反应器“从本质上讲是一种连续流动的管道式反应器；反应器中的微通道利用精密加工工艺制造而成

3、，特征尺寸通常在10－1000微米之间。由于微反应器内工艺流体的通道尺寸非常小，相对于常规管式反应器而言其比表面积体积比非常大（可达10,000－50,000m2/m3，见图2），因此微反应器具有极高的混合效率（毫秒级范围实现径向完全混合）、极强的换热能力（传热系数可达25,000W/(m2·K))和极窄的停留时间分布（几乎无返混，基本接近平推流）。“微反应器”的两大特征---比表面积大以及连续操作方式，使得我们对反应工艺的精确控制成为可能。相对于传统的间歇反应工艺，微反应器具有高速混合、高效传热、反应物停留时间的窄分布、重复性好、系统响应迅速而便于操控、几乎无放大效应以及在线的化学品量少

4、，从而达到的高安全性能等优势。拜耳技术工程（上海）有限公司，上海市化学工业区目华路F3地块，201507联系人：赵东波博士；电话：＋862161465244；传真：＋862167120397Page1of4100101010.d[mm]23比表面积/体积(m/m)微反应器10,000–50,000小反应器/整装反应器1,500-4,000列管式反应器100-400搅拌反应釜4-40图2微反应器与常规反应器的比表面积/体积比值的对照作为一项新兴的反应技术，“微反应器”相比常规间歇反应器无论从反应器本身、工艺研发还是放大生产等方面的优势都非常突出。下文从这几个方面进行详细阐述：111．1．．．

5、1111反应器本身的优势反应器本身的优势：：：：·良好的可操作性微反应器可以在高效微换热器以及精确进料泵的帮助下实现精确的温度控制和流量控制。它的制作材料可以是各种高强度耐腐蚀材料，同时又是密闭的微通道式反应器，因此可以轻松应对苛刻的工艺要求（如无水无氧条件或使用到有毒试剂的情况等），实现安全高效生产。另外，由于是连续流动反应，虽然微反应器体积很小，产量却完全可以达到常规反应器的水平。·结构保证安全由于微反应器换热效率极高，即使反应突然释放大量热量，也可以被迅速导出，从而保证反应温度的稳定，在最大程度上减少了发生安全事故和质量事故的可能性。而且，与间歇式单釜反应不同，微反应器采用连续流动反

6、应，因此在反应器中停留的化学品数量总是很少的，即使操作各种危险化学品或工艺条件万一失控，危害程度也非常有限。111．1．．．2222工艺研发方面的优势工艺研发方面的优势：：：：·反应工艺条件精确控制微反应器具有极高的混合效率、极强的换热能力和极窄的停留时间分布，因此可以实现反应物料的瞬间混合和对反应工艺参数（如温度、压力和反应时间等）的精确控制成为可能。例如：1）对反应温度的精确控制：极大的比表面积决定了微反应器有极大的换热效率，即使是反应瞬间释放出大量热量，微反应器也可及时将其导出，维持反应温度稳定。而在常规反应器中的强放热反应，由于换热效率不够高，常常会出现局部过热现象。而局部过热往往

7、导致副产物生成，这就导致收率和选择性下降。而且，在生产中剧烈反应产生的大量热量如果不能及时导出，就会导致冲料事故甚至发生爆炸。2）对反应时间的精确控制：常规的单锅反应，往往采用将反应物逐渐滴加的方式来防止反应过于剧烈。这就使一部分物料的停留时间过长。而在很多反应中，反应物、产物、或中间过渡态产物在反应条件下停留时间一长就会导致副产物的产生。而微反应器技术采取的是微管道中的连续流动反应，可以精确控制物料在反应条件下的停留时