微型反应器

微型反应器
李波
张同伟
黄海桥
背景
• 大型反应器 存在混合不 均问题严重 • 对于瞬间放 热反应，热 量难以及时 放出
物料 混合
传热 控制
反应器放大 过程困难， 且难以量化
放大 问题
设备 安全
高压设备总 是存在结构 的不安全
基本特点
• 微反应器: • 1、连续流动的管道式反应器 • 2、包括化工单元所需要的混合器、换热器、反应器、控 制器等。 • 3、内部是由直径为10～500μm 的很多微管并联而成
聚合反应
• 与一般的微通道溶液聚合和釜式本体聚合相比，液滴聚合 所需反应时间较短，产物分子量更高，分布更窄；进一步 利用反应产物制得了均匀的聚合物胶束，可作为制备高质 量介孔硅材料的模板。 • 在聚合反应中，微通道具有良好应用前景
放热剧烈 须低温操作 反应不稳定
芳基溴与正丁基锂反应，发生金属锂和溴转 移，生成芳基锂化合物，然后在DMF 的存在 下进行羰基加成生成目的产物。
锂/卤素转移和羰基形成反应
• 常规尺度间歇釜式反应器内的反应结果
由此可以看出反应温度、投料量对反应收率有很 大的影响，反应的操作要求苛刻，而且反应极 其不稳定。
锂/卤素转移和羰基形成反应
• 微反应系统内两种操作条件和反应结果对比
• 在微反应系统内进行此反应，在0℃即可发生反 应，当反应物料量发生较大变化时，反应收率也 不会发生较大变化。
锂/卤素转移和羰基形成反应
锂/卤素转移和羰基形成反应
• 结论：
• 说明采用微反应器不但能耗低、目的产物选择性 高，极大地减小了反应器体积且放大效应小。
微反应器的优点
并行直接 放大 结构安全 迅速移出 热量
优势
可控选择 性 反应比例 控制 反应时间 精确控制
适用的反应类型
放热剧烈的反应 反应物或产物不稳定的反应 反应物配比要求很严的快速反应
危险化学反应以及高温高压反应
生成纳米材料等颗粒均匀分布的固体
微反应技术应用
• 锂/卤素转移和羰基形成反应
OMe
OMe
+
OMe
N
Bu COOMe OMe
Baidu Nhomakorabea
N
Bu COOMe
OMe
聚合反应
• 对于强放热自由基聚 合反应的反应特征， 由于微反应器良好的 传热性能，使反应几 乎能够保持在恒温条 件下进行，实分布窄， 而且高聚合度物质大 量减少，避免了反应 器堵塞问题。
聚合反应
微通道里的液滴聚合是一种新型的聚合方式 ，基 本原理为在关内利用不良溶剂将体系分隔成小页 第，每个小液滴均可看成一个微型反应器，在较 小的微通道尺度下，液滴聚合的混沌特性进一步 强化了传质效果。通过调节停留时间和控制两相 间溶剂扩散的方法可以实现对聚合产物分子量的 控制