文 献 综 述

1.研究背景

传统化工反应工艺以间歇式偏多，反应及分离效率不高，污染物排放严重；工艺路线过长，操作不当易造成安全及环境事故，这些都严重阻碍了化工生产的绿色智能化发展进程。自20世纪80年代以来，传统化学工业已悄然发生了重大变化，新过程，新设备，新技术使新建化工厂具有紧凑、安全、低耗和环境友好等特征。^[1]

2.微反应技术介绍

过程强化的主要目的是在不降低产能的前提下，通过缩小工厂的规模，实现工厂投资、操作和维修费用的降低。过程强化最终发展导致了微反应技术这一新领域的诞生^[2]。

现在所说的微反应器一般是指通过微加工技术制造的带有微结构的反应设备，微反应器内的流体通道或者分散尺度在微米量级^[1]，微反应技术有4方面的优势。一是传质传热效率高，能够精准控制反应条件，混合强度高，三废少；二是通道尺度微小，可以较好的控制产品形貌及粒径；三是反应过程连续，提高生产效率，且无批次差异；四是设备体积小，减小场地投资；设备为静音设备，耗能低。^[3]

3.研究现状

3.1

染料是典型的精细化工产品，其生产涉及重氮化和偶合反应。传统的偶氮染料间歇法生产方式存在诸多弊端，反应釜几何尺寸大，传质传热效果差，反应进程受制于传质效率，容易发生副反应，导致染料产品产率和质量降低，染料强度和色光批差现象严重。大连理工大学在偶氮染料重氮化和偶合反应的连续化生产上做了大量的研究工作，取得一系列的研究成果。以活性黑KN-B为例，实验结构表明，在最佳连续化合成条件下，偶合组分最佳ｐＨ值控制在8.1、反应温度范围10～35℃、流速每秒0.51～0.57米时，活性黑KN-B的主产品含量达到95.5%，相比间歇法大幅提高。这一实验结果令人鼓舞。^[4]

3.2

连续化微反应技术在香料、香精和化妆品合成中的应用与日俱增。综述了近年来微反应技术在香料合成研发和生产方面的进展。与传统的间歇式反应器不同，连续化微通道反应器的主要特点是连续进料、传质换热能力大大加强以及可以精确控制反应参数等。该技术在许多香料合成常用的反应中都体现出了常规反应器无法比拟的优势，同时在合成香料工业应用的成功范例也展示了微反应技术可以预见的广阔前景。^[5]

3.3

利用微反应技术，分别以1,2-丙二醇、三羟甲基乙烷为原料，硝硫混酸为硝化剂,合成了1,2-丙二醇二硝酸酯(PGDN)和三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)；采用红外光谱、核磁共振等对其结构进行了表征,同时优化了微反应器硝化反应条件.结果表明,TMETN和PGDN结构与间歇式合成产物一致,合成TMETN的较佳硝化温度为17～20℃,硝酸与三羟甲基乙烷的最佳摩尔比为5.6:1.0,收率达90.0％ 以上,纯度达98.5％;合成PGDN的较佳反应温度为20～22℃,硝酸与1,2-丙二醇的摩尔比为2.7:1.0.该工艺具有反应温度范围宽、硝酸用量少和收率高等优点. ^[6]

因为微反应器的通道狭小，许多人会担心它不适合有固体生成的反应。但我们的研究结果表明，只要控制好反应条件，将物料混合充分，且控制好反应物停留时间，用微反应器制备纳米固体颗粒材料也是可行的。以利用二氧化硅和氟化铵的可逆反应制备纳米二氧化硅为例，我们通过对反应温度、反应时间、反应物进料配比等进行综合优化，在传质强化的条件下保证爆炸性成核，在停留时间控制精度达到#177;1秒的条件下保证平衡转化点刚达到就终止反应，实现了纳米二氧化硅的稳定、可控制备。

聚合物同样可以采用微反应器来制备。利用微反应器对聚异丁烯（PIB）反应条件进行精准调控，在秒级停留时间内获得了中分子量PIB、高反应性PIB等多种高性能的目标产品。这是柔性制备定制化产品的一个范例。

欧盟和日本都设立了政府支持的一系列大型研究计划，汇集多方面的研究力量，旨在建立和发展以微化工技术为核心的新型化工厂。欧盟提出的F3（灵活、快速、面向未来）工厂项目计划就是通过连续化、模块化的生产单元设置建立起快速市场反应的未来工厂模式。

^[7]

4.存在的问题

1.工业化实现复杂，处理能力较小，一般只适合生物制药，精细化工等处理量相对较小的领域。当微反应数量大大增加时，微反应器监测和控制的复杂程度大大增加了^[8]。

2.微通道易堵塞，难清理。发展具有高清洁性能和可处理含固体体系的微混合反应设备十分必要。

5.展望

在微反应器中探索新的反应途径和使化工生产更加经济更加环保的方法，并应用于实际生产。还需要考虑如何将连续微流反应技术与后续的分离、蒸馏、提纯、结晶以及干燥等步骤结合起来，完成最终化工产品的生产。

参 考 文 献

[1] 吴霞, 李雨霖, 杨舒雅. 通过微反应技术实现化工过程的强化[J]. 化工设计, 2014(3).

[2] 王广全、刘学军、陈金花 译，化工装置的再设计#8212;#8212;过程强化[M].荷兰:Andrzej Stankiewicz#160;#160; Jacob A.Moulijn#160; 编著.国防工业出版社 2012年9月出版1,5章.

[3] 微反应器制备纳米级硫酸钡工艺介绍[R].苏州汶颢微流控技术股份有限公司

[4] 梁栋. 缩放螺旋混合器用于偶氮染料连续化制备的研究[D]. 大连理工大学, 2014.

[5] 赵东波. 连续化微反应技术在香料、香精和化妆品合成中的应用[J]. 香料香精化妆品, 2010(6).

[6] 汪营磊, 刘卫孝, 汪伟, et al. 微反应技术合成不敏感硝酸酯增塑剂TMETN和PGDN[J]. 火炸药学报, 2018, 41(4).

[7] 刘涛.#8194;欧洲微反应器技术的发展与应用现状.#8194;现代化工,#8194;2007,#8194;27（10）:#8194;66-68.

[8] Ying#8194;Y,#8194;Chen#8194;G,#8194;Zhao#8194;Y,#8194;et#8194;al.#8194;A#8194;high#8194;throughput#8194;methodologyfor#8194;continuous#8194;preparation#8194;of#8194;monodispersed#8194;nanocrystals#8194;in#8194;microfluidic#8194;reactors[J].Chemical Engineering#8194;Journal,#8194;2008,#8194;135(3):209-215

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

1.了解微流场技术的相关背景及现有的技术瓶颈。

2. 使用脂肪酶对扁桃酸酯进行催化水解，利用微流场技术对提高反应的效率。

3. 使用瓶子和微反应装置进行扁桃酸酯的水解，学会基本的有机化学实验操作，了解微通道反应器的使用方法及各种条件筛选的流程。

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