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连续流反应器系列二之连续化生产 2019-09-04

1、现代化工业发展的诉求:绿色连续流生产

持续性和绿色化学作为现代工业发展的诉求(或驱动力)。因此,实现绿色化学的持续性需遵循以下的原则:


·减少废液排放
·使用可再生原料
·开发原子经济反应*
·减少衍生物(副产物)的生成
·减少危险的化学合成
·开发新型催化剂
·使用安全的化学品
·设计可降解材料
·使用安全的溶剂
·实时分析
·节能
·安全的化工过程

*:原子经济反应,是指将反应原料中的物质尽可能多的转化为目标产物的化学反应。

2、连续流反应器工艺优劣势

由于连续流反应器的内部微结构特征,许多在传统釜式反应器中无法实现的反应都可以在连续流动反应器中得以实现。与传统的釜式反应相比,均有各自的优势和挑战,其区别如下表1.2所示。

表1.2 连续流反应和传统釜式反应的优势和挑战


釜式反应
连续流反应
优势

·灵活性

·成熟的放大路径

·全能性:气、液、固均可处理

·多用途反应器:反应、精炼、重结晶、蒸馏等

·稳定,技术成熟,实验室和工业规模相同

·产品可追溯性

·降低占地面积、灵活、可移动

·过程本身安全

·可扩展(强化)

·适用于瞬间变化和非寻常的条件

·高的传热、混合效率

·工艺控制高度自动化

·反应试剂保有量少, μL 到 mL

·温度、压力、计量比等参数对反应的影响,可通过小试反应研究

·缩减开发费用

·快速市场化

·反应条件不受操作者主观影响

·产品均质

·通过工艺强化及能耗降低来实现费用减少

·改进了工艺稳定性:一致性

·较高的反应选择性:提高产率的同时降低成本

劣势

·混合效率、传质效率低

·压力、温度限制

·材料兼容性问题

·较大的占地面积,专用设备

·维护、人力成本

·工艺风险高,安全隐患

·工艺放大耗时,且经常需重新优化

·产品复杂

·批量式

·不适合瞬间变化或极端条件

·投资成本高

·从釜式到流动式的适应性

·新技术:技术欠缺

·使用固体存在困难





3、连续流反应与釜式反应的选择

对于一个化学反应,我们该选择那种方式(路线)去研发或生产,我们可提供下图2.1的参考:

图2.1 化学反应路线的选择流程

图2.1 化学反应路线的选择流程


对于目前的所有化学反应来说,其中超过50%的化学反应可在连续流动化学中取得很好的效益。

4、连续流反应器应用领域

依据流动技术的优势,连续流反应器的应用领域目前主要为医药、精细化工、农业化学、特殊化学品及日用品化工业,在这些领域中的实际应用主要见下表2.2所示:


表2.2 连续流反应器的实际应用

阶  段
流动技术
研  发

新的化工工艺评估:

通过使用少量的化学试剂和催化剂进行详细的研究

材料生产:

纳米颗粒、胶体、颜料和聚合物的高规格制备

工艺开发

快速实现从研发向中试规模生产的转化;

能在实验室研究后通过反应较长时间生产Kg级的产物;

能采用以前难以实现的方法合成某些产物;

可实现一定规模的生物催化、光化学、电化学

生  产


安全性高,以前被禁止的一些化学反应可以在有良好的安全性的反应器中执行;

精细化学品、颜料和离子液体的合成;

医药活性中间体的生产(如cGMP、API’s等)

标签: 连续流反应器