微反應(yīng)器是微加工或其他結(jié)構(gòu)化的設(shè)備，至少有一個(gè)(特性)尺寸小于1毫米。通常使用的最小結(jié)構(gòu)是幾十微米，但也有尺寸更小的例外。微反應(yīng)技術(shù)利用微反應(yīng)器進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)工程。流動(dòng)化學(xué)是一種由化學(xué)動(dòng)機(jī)(例如，新的合成方案)驅(qū)動(dòng)的相關(guān)方法。

微反應(yīng)器和流動(dòng)化學(xué)的機(jī)會(huì)及其與可持續(xù)性的相關(guān)性

傳質(zhì)

微反應(yīng)器的混合速度比傳統(tǒng)混合器快得多，可達(dá)到毫秒級(jí)。單相或兩相之間的質(zhì)量傳遞同樣得到加強(qiáng)?？沙掷m(xù)性成果是減少浪費(fèi)、降低能耗、提高產(chǎn)量;與成本和LCA(循環(huán)性)相關(guān)。

傳熱

微反應(yīng)器即使在熱失控或爆炸情況下也能傳熱，并從強(qiáng)(絕熱)熱釋放轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽氐牡葴夭僮鳌？沙掷m(xù)性成果是減少浪費(fèi)、降低能耗、提高產(chǎn)量;與成本和LCA(循環(huán)性)相關(guān)。

完全控制熱傳遞(無熱過沖、無熱點(diǎn))通常與同時(shí)完全控制質(zhì)量傳遞有關(guān)。微反應(yīng)器的泰勒流模式，常規(guī)氣液段塞，通過這兩種途徑，能夠研究在相對高溫下異丁烷氧化為叔丁基過氧化氫(TBHP) 過程中元素反應(yīng)的微妙相互作用。TBHP作為過氧化物是一種熱敏感材料，容易分解。TBHP具有雙重功能:引發(fā)反應(yīng)和作為一種自催化劑。另一種常見的引發(fā)劑二叔丁基過氧化物(DTBP)會(huì)在所用的高溫下分解，從而降低TBHP的產(chǎn)量。只有通過微反應(yīng)器提供的卓越傳熱控制，才能區(qū)分這些復(fù)雜的效應(yīng)。

停留時(shí)間

微反應(yīng)器可以大大縮短反應(yīng)時(shí)間，從幾天和幾小時(shí)縮短到幾分鐘甚至更短反應(yīng)在盡可能短的(固有)時(shí)間尺度上發(fā)生的可能性被稱為閃速化學(xué)。最快的反應(yīng)在幾室秒內(nèi)完成可持續(xù)性的結(jié)果是減少浪費(fèi)和提高產(chǎn)量;與成本和LCA(循環(huán)性)相關(guān)。

與間歇技術(shù)相比，聚醚多元醇的混合輔助微反應(yīng)器操作可顯著縮短反應(yīng)時(shí)間。在異常高的反應(yīng)溫度下，不到1分鐘即可實(shí)現(xiàn)95%的轉(zhuǎn)化率。

生產(chǎn)力

更快的反應(yīng)時(shí)間、在以前的爆炸狀態(tài)下運(yùn)行和/或更高的產(chǎn)量使流動(dòng)化學(xué)能夠提高生產(chǎn)率。挑戰(zhàn)在于在擴(kuò)大規(guī)模時(shí)保持高生產(chǎn)率。生產(chǎn)率主要可以通過減少反應(yīng)時(shí)間或增加轉(zhuǎn)化率(或兩者兼而有之)來提高?？沙掷m(xù)性的結(jié)果是減少浪費(fèi)和提高產(chǎn)量;與成本和LCA(循環(huán)性)相關(guān)。

安全性

微反應(yīng)器可以在工藝條件下實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，否則在常規(guī)條件下可能會(huì)導(dǎo)致熱失控或爆炸。微流操作可以將爆炸范圍移出典型操作條件。危險(xiǎn)反應(yīng)通常是阻礙傳統(tǒng)反應(yīng)器擴(kuò)大規(guī)模的障礙，而微反應(yīng)器已被證明可以安全地處理使用不穩(wěn)定中間體或危險(xiǎn)試劑的反應(yīng)以及用于千克級(jí)合成的高放熱反應(yīng)。這使得更多實(shí)驗(yàn)室化學(xué)創(chuàng)新能夠過渡到中試和生產(chǎn)規(guī)模。

圖、通過在流動(dòng)化學(xué)中使用減小的體積來減輕主要批次的安全風(fēng)險(xiǎn)

多反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)/產(chǎn)品復(fù)雜性

微反應(yīng)器可以在有限的空間和短時(shí)間內(nèi)整合多種反應(yīng)，最大限度地減少浪費(fèi)。它們能夠連續(xù)合成復(fù)雜的產(chǎn)品;通常無需分離或中斷反應(yīng)。

可持續(xù)性的結(jié)果是降低能耗、提高產(chǎn)量和生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品;與成本、LCA和循環(huán)性相關(guān)。

新型工藝窗口

微反應(yīng)器需要專用工藝(協(xié)議)，而最佳工藝通常與常規(guī)做法相去甚遠(yuǎn)。這些不尋常的(新型)工藝窗口不適合傳統(tǒng)設(shè)備，使微反應(yīng)器和流動(dòng)化學(xué)能夠勝過同類產(chǎn)品。探索新型工藝窗口(NPW) 可以提高微反應(yīng)器和流動(dòng)化學(xué)的性能。

可持續(xù)性的結(jié)果是減少浪費(fèi)，降低能源消耗、提高產(chǎn)量和提供更好的產(chǎn)品;與成本、生命周期評估和循環(huán)性相關(guān)。

回收

在循環(huán)時(shí)代，回收已成為所有加工過程(包括流動(dòng)化學(xué)加工)中必不可少的部分。流動(dòng)分離是回收的一部分，盡管經(jīng)過了二十年的研究，但仍然缺乏與流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的整合。

可持續(xù)性成果包括減少浪費(fèi)和能源消耗;與成本、LCA 以及最顯著的循環(huán)性和ESG相關(guān)。

在膜分散微反應(yīng)器中，聚乙烯醇和正丁醛的縮聚反應(yīng)證明了工藝成分HCI、水和正丁醛的回收。該反應(yīng)生成聚乙烯醇丁醛，一種用于夾層汽車玻璃的化學(xué)品。選擇這些成分是因?yàn)樗鼈兡軌蚴箍s聚反應(yīng)達(dá)到所需的超高轉(zhuǎn)化率。正丁醛轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%，回收有效減少了86% 的HCI 使用量。

設(shè)計(jì)溶劑

設(shè)計(jì)溶劑能夠設(shè)計(jì)出超出普通溶劑能力的溶劑，因此也被稱為“主溶劑”。微反應(yīng)器通常體積較小，適合使用昂貴的設(shè)計(jì)溶劑，并且要求溶劑性能達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)。微反應(yīng)器和主溶劑的聯(lián)合使用在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上取得了重大成就.

圖、流動(dòng)化學(xué)中使用的設(shè)計(jì)溶劑的分類

可持續(xù)性的結(jié)果是減少浪費(fèi)和降低能源成本;與成本、LCA 以及最顯著的循環(huán)性相關(guān)。

自動(dòng)化/模塊化

小型、緊湊型反應(yīng)器(如微反應(yīng)器)有利于模塊化，作為一種“工藝模塊樂高”。要達(dá)到近乎理想的工藝條件，需要用計(jì)算智能來取代人工操作;這是流動(dòng)化學(xué)“工藝自動(dòng)化”的本質(zhì)。自動(dòng)化流動(dòng)化學(xué)使按需藥物生產(chǎn)成為可能，該系統(tǒng)可在可重構(gòu)的模塊化系統(tǒng)中進(jìn)行，能夠在一個(gè)流程中完成一個(gè)伸縮合成。它支持許多不同的反應(yīng)或通過一個(gè)共同的構(gòu)建塊合成許多分子。使用流動(dòng)的優(yōu)勢包括可擴(kuò)展性、安全性、速度和可重復(fù)性。自動(dòng)化流動(dòng)合成集成了自動(dòng)設(shè)計(jì)、API合成和生物測定篩選平臺(tái)。

圖、過程自動(dòng)化示例，包括泵站、反應(yīng)器、過程條件(即溫度和壓力)和在線分析儀

可持續(xù)性成果涵蓋上述類別;與ESG 相關(guān)，有助于實(shí)現(xiàn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

規(guī)?；?/span>/可預(yù)測性

微反應(yīng)器是可復(fù)制的反應(yīng)器系統(tǒng)，理想情況下只是“編號(hào)”，類似于自然界的細(xì)胞。雖然微反應(yīng)器的規(guī)?；F(xiàn)實(shí)與理想情況有一定差異，但微反應(yīng)器的規(guī)?；_實(shí)比傳統(tǒng)的間歇式反應(yīng)器設(shè)置更快、更輕松。幾位將微反應(yīng)器推向生產(chǎn)規(guī)模的工業(yè)研究人員也持這種觀點(diǎn)。

可持續(xù)性成果是加快上市時(shí)間、降低成本和增加現(xiàn)金流;與TEA相關(guān)，尤其是ESG。

免責(zé)聲明:文章來源DOI:https://doi.org/10.1039/D4GC01882F以傳播知識(shí)、有益學(xué)習(xí)和研究為宗旨。轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除。