连续流动反应

        流动化学(flow chemistry)也叫连续流动化学(continuous flow chemistry)或者间断式流动化学(plug flow chemistry)。在流动化学反应中,两个或更多的反应试剂连续泵入流动反应器中进行混合并在热量控制的条件下发生反应,在釜式化学反应器中通常是一次性加入反应物进行反应。流动反应器可以是简单的管道、管线或者复杂的微结构集成装置,这些组合的装置和反应器可以维持设定的温度和压力范围,通过优化参数来促进所希望的反应快速与成功进行。在连续流动电化学或光化学反应条件下,反应器置可于电流或光照条件下来促进反应顺利进行。

         和间歇釜式反应器比较,连续流动化学反应器有着自身的优点,如:反应物可以在几秒钟内实现扩散与混合,反应温度可以高于溶剂的沸点,反应更快速;在高的比表面积与体积比率反应器中,反应物可以被快速加热或冷却从而精准控制温度,反应更干净;单位时间里反应器中只有少量危险的中间体生成与少量的反应热量产生,反应更安全;快速干净安全的反应特性使得连续流动反应设备中的化学反应选择性更好。

        连续流动化学与自动化设备的集成,使得化学反应条件可以在微升规模进行调节,反应时间、温度、流量、泵体积和压力等参数均可以快速进行变化。独立便捷的溶剂清洗操作保证反应可以一个接着一个进行,利于进行快速反应条件优化。稳定的物料混合和热量传送将化学反应的放大效应减少,较高的流速和较大的反应器配套使用帮助实现公斤级与吨级产品的安全生产。无论在单一微反应器中还是集成的连续流动反应装置里,选择连续流动反应可以提供许多优势功能和参数选择,为各类化学品的安全、清洁和高效生产提供了可能性。

1)试剂流量 – 在连续流动反应器中反应物通过压力泵可以连续泵入与流经反应器通道,这与间歇釜式反应器通常将所有反应物在开始时全部加入单元釜中不同

2)反应时间控制 – 试剂流过反应器的时间(也称为停留时间),可以通过仪器参数设定来调节

3)化学计量比调整 – 调整反应底物的相对浓度与相对流量可以控制反应的化学计量比

4)换热 – 和釜式反应器比较,连续流动反应器有非常大的比表面和容积比率,换热性能出色

5)传质 – 小尺寸反应通道和良好的混合性能使得连续流动反应器具有优良的传质能力

6)放大 – 连续流动化学反应可以简单地通过延长反应时间来制备更多产品,规避了釜式反应器可能的放大效应,反应放大更加容易

7)精确控制 – 连续流动化学反应设备可以精准控制五个关键的反应参数(化学计量比、 混合速率、 温度、 压力和反应时间)

8)减少危害原料留存 - 当反应在连续流动反应器中进行时,只有少量潜在危害性原料留存在反应"过程"或"管道"中

9)嵌套反应 – 反应中间体不需要分离时,可以直接泵入下一个反应底物进行连续的嵌套反应

10)没有顶空 – 连续流动反应器没有顶空,反应器内的压力由称为背压调节阀 (BPR)的设备控制,釜式反应器在进行高压反应时顶空内的气体必须加压

11)低返混 – 连续流动反应器可以通过反应设备参数控制做到很少或没有返混


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