微通道反應(yīng)器可以顯著提高物料的傳質(zhì)傳熱效果,縮短反應(yīng)時(shí)間,提高產(chǎn)品收率,而且安全、節(jié)能、環(huán)保,因而在化工、醫(yī)藥、染料及農(nóng)藥等行業(yè)都受到了廣泛關(guān)注。
但是在很多反應(yīng)過(guò)程中,我們不能任意提高反應(yīng)溫度,一方面溫度過(guò)高有可能導(dǎo)致結(jié)焦等副反應(yīng)的發(fā)生,另一方面則主要受制于傳統(tǒng)反應(yīng)釜糟糕的傳熱效果?;瘜W(xué)反應(yīng)往往伴隨著劇烈的熱效應(yīng),對(duì)于放熱反應(yīng),反應(yīng)速率越快,放熱也就越劇烈,而工業(yè)反應(yīng)釜有限的換熱面積滿足不了反應(yīng)的換熱需求,為避免飛溫,只能通過(guò)降低反應(yīng)溫度、犧牲反應(yīng)速率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的有效控制,然后通過(guò)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間來(lái)達(dá)到充分反應(yīng)的目的。這就是為什么很多低溫有機(jī)金屬反應(yīng)要在-20℃甚至-40℃的條件下進(jìn)行,以及為什么大部分硝化反應(yīng)都要通過(guò)滴加原料的方式進(jìn)行。
然而,微通道反應(yīng)器是有效縮短反應(yīng)時(shí)間的方法之一。
但在間歇反應(yīng)釜中,有時(shí)候卻會(huì)選擇相對(duì)較低的反應(yīng)物濃度,主要是從微通道反應(yīng)器以下幾個(gè)方面考慮:
(1)控制反應(yīng)速率。如前所述,在間歇反應(yīng)中,有時(shí)候因換熱跟不上或者攪拌不均勻,容易造成局部過(guò)熱,從而發(fā)生結(jié)焦或其他副反應(yīng),影響產(chǎn)品選擇性和收率。這時(shí),采用較低的反應(yīng)物濃度就是比較明智的選擇,但相應(yīng)地也要付出反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的代價(jià)。
(2)避免發(fā)生二次反應(yīng)。除了結(jié)焦,較高的反應(yīng)物濃度還容易導(dǎo)致二次反應(yīng)的發(fā)生,比如過(guò)硝化、過(guò)氧化等等,為避免非目的產(chǎn)物的生成,往往也需要對(duì)反應(yīng)物的濃度進(jìn)行調(diào)整。
(3)利用溶劑換熱。有些溶劑除了對(duì)反應(yīng)物起到分散作用,本身也具有良好的吸熱能力,因此是很好的換熱介質(zhì),比如濃硫酸在硝化反應(yīng)中就常常同時(shí)起到催化劑和換熱介質(zhì)的作用,這時(shí)也會(huì)加大溶劑的量,從而降低反應(yīng)物的濃度。
反應(yīng)時(shí)間不夠,而應(yīng)從宏觀的角度整體把握,在了解整個(gè)反應(yīng)的脈絡(luò)和各個(gè)影響因素之間的關(guān)系后,有的放矢,通過(guò)提高反應(yīng)溫度、提高反應(yīng)物濃度、降低物料流量或者增加盤管或反應(yīng)片等多種方式來(lái)解決。