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微通道反应器硝化、重氮化、聚合、烷基锂与格氏反应应用现状

随着社会发展与进步,人们也越来越重视环境和安全。

截止到5月1号,经不完全统计,19年化工类企业共发生19起安全事故,共造成113人死亡,.625人受伤。尤其是3月21号的响水爆炸事故,造成了78人死亡,566人受伤。几百个家庭遭到破坏,成千上万人受到影响。当地自然环境也受到严重破坏。

化工生产存在安全隐患,这是毋庸置疑的。化工安全潜在风险主要是由化学物质风险和工艺过程风险以及生产设备、人为操作三方面决定的。化学物质大部分具有易燃易爆的风险,反应工艺过程也不乏高压、高毒、反应十分剧烈的高风险反应。反应设备大多为传统釜式反应,虽然部分可实现自动化,对工人素质要求比较高,管理成本高。对于一个工厂来说,产品基本固定,工艺固定,那么原料基本上不会有太大变动,反应类型也已固定,人员素质提高也不是能一蹴而就的,所以很多企业通过管理来降低风险。相对而言设备方面可以改善的地方就比较多了。

近年来,很多专家瞄准了微通道反应器。相比于传统釜式反应,微通道反应器是一个新兴事物还很年轻,面对复杂多变、种类繁多的化工生产还有很大的局限性,但是面对越来越突出的安全环保形式,微通道反应器又发出了璀璨的光芒。在化工生产中表现出了不一般的优势。现在简单介绍一下应用情况。

应用一:硝化反应

硝化反应在农药、炸药、染料、香水以及活性药物中间体等的合成中占有重要地位,但目前工业上普遍采用间歇式操作,其生产过程中存在放热量大、选择性低、危险性高、环境污染、资源浪费等问题。微反应器作为高效、安全、环保、操作性强的新型反应设备,可凭借良好的传质、传热性能解决以上问题,同时可通过增加反应器数量进行处理量的放大,节省放大时间和成本。我们将反应剧烈、放热量大、的环节放在微通道反应器中进行,单位时间内持液量小——发生意外造成的损失和风险小、放热量容易控制,通道密封性好,耐压高——无无组织气体泄漏、有组织气体容易收集、安全性高。同时依托于优秀的传质和传热性能,提高反应温度,加快反应速率。

应用二:重氮化反应

重氮化反应属于危险化学反应,反应瞬时放热大,产物易分解。传统釜式反应需要制冷量大,能耗高,重氮盐也需要低温储存,且储存时间较长,质量不稳定,收率波动大。而微通道反应器可实现溶液、乳液、悬浊液等状态芳胺的连续重氮化。而且大部分重氮化在微通道反应器内氨基物的重氮化反应温度可在10-20摄氏度或者更高的室温下进行,降低了能耗,所得到的重氮盐外观清澈透明,无分解物,可直接进入下一步反应。

重氮化反应

应用三:烷基锂与格氏反应

通常釜式反应面对烷基锂或格氏反应都需要十分小心,因为烷基锂和格氏试剂与氧气、水、醇类能发生急剧反应,产生烷烃类物质,同时放出大量热量,十分危险。利用微通道反应器可以杜绝生产过程中反应液与水份、空气的接触,降低风险。微反应器因为能实现对反应温度精确控制、对反应物料的精确配比及瞬间混合,因此可以有效消除传质、传热的限制,避免因为受热不匀或者配比混合不匀等带来的副反应,提高产品质量稳定性,也减小了生产风险。

应用四:聚合反应

聚合反应大多属于快速强放热过程,对传热传质有很高的要求,而微反应器恰好能满足这一要求,与釜式聚合相比,微反应器能够提高聚合反应效率,并且可以在很大程度上避免副反应,从而降低聚合物分子量排布,改善聚合物性能。

尽管这些年微反应器在一些反应方面已经取得了比较大的成果,甚至在一些反应上完全超越了传统釜式反应,但是微通道反应器的潜力还没得到完全开发,未来还有很多新的方向有待探索。随着不断的发展,相信微通道反应器还会有更广阔的空间。

微反应器,即微通道反应器,利用精密加工技术制造的特征尺寸在10到300微米(或者1000微米)之间的微型反应器,微反应器的“微”表示工艺流体的通道在微米级别,而不是指微反应设备的外形尺寸小或产品的产量小。微反应器中可以包含有成百万上千万的微型通道,因此也实现很高的产量。

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