连续流反应器在药物合成应用中的优势连续流技术已成为解决许多高新技术领域

连续流反应器在药物合成应用中的优势

引言

随着人类社会的不断发展和进步，对绿色、环保、节能、可持续提出了更高的要求，顺应可持续发展和环境友好的需求，产生了一种新技术——“连续流技术”，它是二十一世纪化学工程学科发展的重要方向之一[1]，连续流反应器作为连续流技术的核心已经成为研究的热点之一，这是一种全新的过程强化技术，许多化学反应在连续流反应器中变得更经济、更高效、更安全、更环保[2]。

能够实现连续操作模式的代表性设备有微通道反应器和管式反应器，它们可以实现连续流反应，在连续流反应过程中正得到广泛地关注和深入地研究[3]。

图1 豪迈化工微通道反应器

图2 豪迈化工管式反应器

1 微反应器的应用

1.1 微反应器简介

微反应器，即微通道反应器，是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。

1.2 微反应器应用实例

下面介绍豪迈化工微反应器在农药中间体合成过程中的应用案例。

1.2.1 实验原料

有机物料：丙烯醛类、酸酐类，溶剂：氯甲烷类，催化剂：阳离子交换树脂类。

其中，丙烯醛：是无色透明有恶臭的液体，其蒸汽有很强的刺激性和催泪性。

1.2.2 实验设备

采用豪迈化工自主研发、加工制造的316L伞型微通道反应器，316L高压恒流计量泵，加热制冷一体机及特殊调制进口硅油。实验流程示意图如图3。

图3 酯化反应流程示意图

1.2.3 间歇工艺

三股物料同时滴加到反应釜中，控制温度在0℃左右，滴加过程持续几小时，滴加完毕后继续保持0℃半小时到一小时，反应完成后静置分层，上层为水相，下层为有机相。

1.2.4 合成原理

反应方程式如下：

1.2.5 微反应器连续化工艺

搭建实验装置，完毕后整体调试，密封性、换热效果均良好；配备物料1、2、3分别为酸酐类、丙烯醛类、阳离子交换树脂类溶液；设定一体机温度0℃以下，系统达到设定温度后开启进料，酸酐、丙烯醛设定进料流量20ml/min、10 ml/min，阳离子交换树脂溶液设定进料流量20ml/min；反应片温度升温至0℃左右，稳定，压力升至4MPa左右，稳定；稳定出料5min后，取样分析。（注：以上实验条件为多组实验结果最优条件）

1.2.6 实验结果比较

实验过程重点考察反应温度、停留时间、物料配比等因素的影响，得出了最优结果，下面是微反应器与间歇反应釜结果对比表：

表1 微反应器与间歇反应釜结果对比表

从上表不难看出，微反应器在该反应中具有极大的优势：1、大大缩短了反应时间，极大的提高了生产效率；2、提高了反应物浓度，相应的减少了有机溶剂用量，节约后处理成本；3、提高了原料转化率，产品的选择性也有了明显提高；4、反应过程实现了连续化，减少了泄露的可能性，提高了反应的安全性。

2 管式反应器的应用

2.1 管式反应器简介

管式反应器是一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器，这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。

豪迈化工现有典型的管式反应器有：气相混合管式反应器、带循环回路的管式反应器、内螺旋管式反应器。

2.2 管式反应器应用案例

图4 内螺旋管式反应器实验装置图

采用内螺旋管式反应器进行亚硝化反应合成安替比林类，原料1跟原料2亚钠溶液进料流量按照体积比1:1.4，流量设定为80ml/min:112ml/min。

停留时间5min左右，产物颜色为正常产品颜色，并有大量氮氧化物产生。此反应在内螺旋管式反应器中进行具有较高的可行性。

3 展望

面对日趋减少的能源和原料、快速变化的市场需求、产品生命周期大大缩短等问题，需要我们提高工艺技术的效率、增加工艺技术的灵活性、缩短研发周期，抢占市场先机，在这种需求下，以连续流反应器为核心的连续流技术应运而生，成为解决这一系列问题的有效方法之一，并将致力于连续、安全、经济的绿色化工行业获得长足发展。

参考文献

[1] Chen G W, Yuan Q. Microchemical technology [J]. J Chem. Ind. Eng.(China), 2003,54(4): 427-439.

[2] Zhao Y C, Ying Y, Chen G W, et al. Characterization of micromixing efficiency in micro-T-mixer[J]. J Chem. Ind. Eng.(China), 2006, 57(8):1884-1890.

[3] Ehrfeld W, Lo we H, Hessel V, Microreactors: new technology for modern chemistry. Weinheim:Wiley-VCH, 2000.

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