流動化學(xué)潛在好處以及連續(xù)流動反應(yīng)器的優(yōu)勢
閱讀:655 發(fā)布時間:2022-10-22
在連續(xù)流動中進(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。
流動化學(xué)的引入是向前邁出的重要一步,因為與更傳統(tǒng)的批處理方法相比,它提供了幾個關(guān)鍵優(yōu)勢。某些特定化學(xué)品和反應(yīng)的危險性可能會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??梢蕴峁└玫男?。尋找替代方案通常很昂貴,并且需要很長的反應(yīng)序列。其中一些問題與高度放熱、極快的反應(yīng)有關(guān),并且具有積聚熱量和形成熱點的趨勢。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)。這帶來了特定的安全問題,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。此類過程的示例包括硝化、鹵化和基于有機金屬的反應(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)等幾個重要行業(yè)。
連續(xù)流動反應(yīng)器與間歇反應(yīng)器相比具有幾個優(yōu)勢,并為上述問題提供了解決方案。反應(yīng)器的特點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)流動化學(xué)的真正力量在于管理化學(xué)品通過這些狹窄通道的流動,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,并在沒有干預(yù)的情況下長時間連續(xù)運行。流動化學(xué)反應(yīng)器的狹窄通道影響化學(xué)品流的流體動力學(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、對停留時間和局部化學(xué)計量的精確控制、固有的安全性、潛在的無縫可擴展性和按需生產(chǎn)。早在 2000 年,文獻(xiàn)就報道了化學(xué)微反應(yīng)器的進(jìn)展,包括對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。
盡管流動化學(xué)有希望,但有必要注意流動化學(xué)不是一個通用的解決方案,也不是對化學(xué)中的每個問題都有利。 由于幾個原因,間歇反應(yīng)器在不久的將來仍將是理想選擇。 它們更強大、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,幾乎可以在每個化學(xué)實驗室中找到它們。事實上,流動化學(xué)科學(xué)家需要解決的問題之一是反應(yīng)器與固體的相容性。其他挑戰(zhàn)包括專業(yè)知識的稀缺、高昂的啟動成本和產(chǎn)品的可追溯性。