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連續流反應器系列二之連續化生產 2019-09-04

1、現代化工業發展的訴求:綠色連續流生產

持續性和綠色化學作為現代工業發展的訴求(或驅動力)。因此,實現綠色化學的持續性需遵循以下的原則:


·減少廢液排放
·使用可再生原料
·開發原子經濟反應*
·減少衍生物(副產物)的生成
·減少危險的化學合成
·開發新型催化劑
·使用安全的化學品
·設計可降解材料
·使用安全的溶劑
·實時分析
·節能
·安全的化工過程

*:原子經濟反應,是指將反應原料中的物質盡可能多的轉化為目標產物的化學反應。

2、連續流反應器工藝優劣勢

由于連續流反應器的內部微結構特征,許多在傳統釜式反應器中無法實現的反應都可以在連續流動反應器中得以實現。與傳統的釜式反應相比,均有各自的優勢和挑戰,其區別如下表1.2所示。

表1.2 連續流反應和傳統釜式反應的優勢和挑戰


釜式反應
連續流反應
優勢

·靈活性

·成熟的放大路徑

·全能性:氣、液、固均可處理

·多用途反應器:反應、精煉、重結晶、蒸餾等

·穩定,技術成熟,實驗室和工業規模相同

·產品可追溯性

·降低占地面積、靈活、可移動

·過程本身安全

·可擴展(強化)

·適用于瞬間變化和非尋常的條件

·高的傳熱、混合效率

·工藝控制高度自動化

·反應試劑保有量少, μL 到 mL

·溫度、壓力、計量比等參數對反應的影響,可通過小試反應研究

·縮減開發費用

·快速市場化

·反應條件不受操作者主觀影響

·產品均質

·通過工藝強化及能耗降低來實現費用減少

·改進了工藝穩定性:一致性

·較高的反應選擇性:提高產率的同時降低成本

劣勢

·混合效率、傳質效率低

·壓力、溫度限制

·材料兼容性問題

·較大的占地面積,專用設備

·維護、人力成本

·工藝風險高,安全隱患

·工藝放大耗時,且經常需重新優化

·產品復雜

·批量式

·不適合瞬間變化或極端條件

·投資成本高

·從釜式到流動式的適應性

·新技術:技術欠缺

·使用固體存在困難





3、連續流反應與釜式反應的選擇

對于一個化學反應,我們該選擇那種方式(路線)去研發或生產,我們可提供下圖2.1的參考:

圖2.1 化學反應路線的選擇流程

圖2.1 化學反應路線的選擇流程


對于目前的所有化學反應來說,其中超過50%的化學反應可在連續流動化學中取得很好的效益。

4、連續流反應器應用領域

依據流動技術的優勢,連續流反應器的應用領域目前主要為醫藥、精細化工、農業化學、特殊化學品及日用品化工業,在這些領域中的實際應用主要見下表2.2所示:


表2.2 連續流反應器的實際應用

階  段
流動技術
研  發

新的化工工藝評估:

通過使用少量的化學試劑和催化劑進行詳細的研究

材料生產:

納米顆粒、膠體、顏料和聚合物的高規格制備

工藝開發

快速實現從研發向中試規模生產的轉化;

能在實驗室研究后通過反應較長時間生產Kg級的產物;

能采用以前難以實現的方法合成某些產物;

可實現一定規模的生物催化、光化學、電化學

生  產


安全性高,以前被禁止的一些化學反應可以在有良好的安全性的反應器中執行;

精細化學品、顏料和離子液體的合成;

醫藥活性中間體的生產(如cGMP、API’s等)

標簽: 連續流反應器
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