李尚銳

摘 要 微反應器是微型化學反應的發(fā)生裝置，可以具有隔熱和進行快速傳輸?shù)淖饔?，能夠嚴格控制化學反應的方式和反應的時間，可以快速的對化學反應進行放大，因此具備很強的安全性特征，微反應器具有安全性能高的特點，與傳統(tǒng)的化學反應裝置相比，可以大大縮短化學反應的處理時間，提高化學反應的效率，提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。但是微反應器也容易出現(xiàn)堵塞的問題，在催化劑的裝載和化學反應通道的設計方面具備較高難度。

關鍵詞 微反應器 反應通道 化學化工

微反應器又被稱作為微通道反應器，是集合了微反應器、換熱器、微萃取器等化學分析容器的微型化學設備，微反應器產(chǎn)生于微流控致技術，由于微尺度的衡量標準不同，微反應器與傳統(tǒng)的化學反應器具相比具有較大優(yōu)勢，提高了化學反應的技術含量，提升了化學反應的持續(xù)時間，受到了相關研究領域的關注。

1微反應器的技術優(yōu)點

1.1可以精確的控制反應的時間

微反應器可以對反應的時間進行精確的控制，通過改變反應器的反應通道控制化學反應的流速，控制化學反應可能產(chǎn)生的中間物質(zhì)，在化學反應產(chǎn)生之前將物質(zhì)轉換到另一個反應區(qū)間，因此該技術的產(chǎn)生不會對化學反應的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，如果遇到多相體系，也能通過控制流速而改變物質(zhì)產(chǎn)生反應的時間，通過改變流體的類型，可以對整體反映效果達到控制的目的。如果應用微反應器，通過控制反應停留的時間，會取得更加明顯的效果，控制恒定的流速是保證化學反應的關鍵。

1.2集成化程度較高

我國目前的微加工技術已經(jīng)比較進步，可以實現(xiàn)微反應以及微分離等操作步驟，一些微反應單元的操作可以集成到固定的反應芯片之中，從而實現(xiàn)對微反應進行實時監(jiān)控的目標，這樣的反應效果可以提升反應的效率，節(jié)省產(chǎn)品生產(chǎn)的成本，如果材料混合之后反應還有停留時間，則需要及時更換反應的速度，將反應安排在同一個區(qū)域。通過多種形式的反應控制模式，可以實現(xiàn)化學反應的重復性，對平行試驗方式的實現(xiàn)較為有利。

1.3混合效率和熱轉換效率均有所提升

微反應容器的熱轉換效率可以通過化學反應通道得以實現(xiàn)，因為反應通道的尺寸只有幾百微米，通道因此雷諾數(shù)比較低，因為層流擴散有可能會對反應產(chǎn)生的混合物的種類產(chǎn)生影響，具體而言會產(chǎn)生二次混流的效果，微反應器的尺度可能因為反應擴散的問題而變得時間更短，混合的效率還有可能加快。在一定的優(yōu)勢條件下，反應器的內(nèi)部化學物質(zhì)會因為反應條件的影響而有所加強，為了擴大反應的通道數(shù)量，提升反應的條件和質(zhì)量，熱傳播系數(shù)需要和通道的尺寸成正相關關系，微反應的效率如果可以達到每平米一萬瓦以上，則可以起到縮小表面積的效果傳統(tǒng)的攪拌設備只能達到一千瓦左右。

2微反應裝置在化學領域的運用

2.1減少反應的時間

微反應器可以促進化學反應高效率的完成，大量減少反應的處理時間，最主要的原因是因為根據(jù)專項熱系數(shù)的比值計算，可以高效的實現(xiàn)化學反應，在醇醛等物質(zhì)化合反應的實驗過程中，產(chǎn)生四丁基氟化銨的實驗中，兩種物質(zhì)互相化合的速率明顯加快，而且發(fā)生化學轉化的比例明顯提升，通過甲硅烷基烯醇和溴苯甲烷的融合，可以使得目標物質(zhì)的生成達到百分之百的轉化，大大降低反應的時間，只用簡單的二十分鐘就可以完成所有的轉化要求，這樣的反應效率是傳統(tǒng)的化學容器所達不到的，根據(jù)相關資料可得出如下結論，傳統(tǒng)的容器進行上述化學反應至少需要二十個小時左右。

2.2提高轉化的效率

化學反應在微反應容器當中進行的時候，首先進行的是酰化反應，比較傳統(tǒng)的容積是乙酸酐和醋酸鉀，也有使用醋酸鈉的情況，這些鹽溶劑的溶解性比較差，有可能造成反應容器的堵塞等問題，在此種情況下，可以采用三乙胺替代的反應方式，這樣可以提升反應的效率，但是微反應容器當中，事先就可以將各種溶劑進行混合，隨著溶劑反應速率的加快，溫度設置會達到一百三十度左右，溶劑的反應速率會達到一百以上。釜式反應器的速率有可能達到百分之八十左右，二羥基化合物的氟化反應速率則一般能達到百分之十五，如果嘗試了微反應容器則直接達到了百分之九十以上。

2.3進行高溫高壓的反應

在控制壓強和反應溫度的時候，一般可以讓反應溫度達到250℃之上，壓強則可以控制到1.3Mpa，反應的時間則可以控制在一到兩個小時左右。如果反應的時候采用甲苯作為反應間質(zhì)，則經(jīng)過反應條件優(yōu)化之后，可以加將溫度控制在240℃左右，在壓強10倍大氣壓的條件下反應，效率不僅會提升，之后得出的最終產(chǎn)物也會更純，廢棄物的回收效率也會提升，副產(chǎn)品的比例甚至會低于5%左右，根據(jù)上述結論的得出，溫度變化會對重排反應產(chǎn)生重大影響，在小于230℃的條件下，轉化的安全性不高，也不會導致反應中副產(chǎn)品的產(chǎn)生，因此盡量不采用控制反應時間的方式改變反應效率。

3微反應技術可以應用的化工領域

3.1制藥行業(yè)和精細化工領域

在制藥行業(yè)當中，很多化學反應都可以通過微反應處理技術來實現(xiàn)，通過連續(xù)工藝流程可以使得微反應技術在制藥工業(yè)和精細化工當中進行普遍應用，驅動工藝發(fā)展的動力主要是產(chǎn)品使用效率和產(chǎn)品使用質(zhì)量的更高要求。只有安全生產(chǎn)和公眾對產(chǎn)品質(zhì)量的要求提升，安全操作才有辦法可尋。在精細化工領域，很多反應對溫度的要求異?？量蹋蛘咝枰趲装俣鹊母邷貤l件下進行，或者需要在幾十度的低溫條件下進行，因此對加工物質(zhì)的材料就有高度的溫度控制問題，微反應器的尺度可以很好地把握反應的特性，可以對溫度和反應時間進行精確控制，保證反應能夠順著化學流程正常進行下去。在制藥行業(yè)領域，新藥的研發(fā)也需要耗費大量的流程，篩選出合適的化合物是制藥技術的關鍵環(huán)節(jié)，微反應技術可以實現(xiàn)基因分析設備的集成應用，通過內(nèi)部反應處理技術的關鍵設備，微反應技術可以實現(xiàn)基因分步，內(nèi)部環(huán)境和具有生物敏感性的技術可以為集成藥物的創(chuàng)造提供良好條件。通過藥物篩選技術，可以使得化工領域當中實現(xiàn)微反應容器的高效利用，提高藥物產(chǎn)生和提取的效率，降低試劑消耗以及降低反應裝置的成本。利用微反應容器可以產(chǎn)生大量的氟化物質(zhì)，并且完成的生產(chǎn)流程效率較高。

3.2生物化學領域的運用

多種重要的化合物除了可以利用基因工程進行生產(chǎn)的同時，在基因工程之外還可以利用化學合成的方法實現(xiàn)生產(chǎn)，但是生理系統(tǒng)比較復雜，很多因素都會限制醫(yī)療有效物質(zhì)的提取效率，因此控制反應的時間和反應的步驟就顯得格外重要，大規(guī)模的工業(yè)應用具有一定不適應性，微反應容器作為合理應用的操作程序的一種，也會有一些替代途徑方面的缺陷，造成化工領域應用的不適應性。目前化工領域催化技術的應用已經(jīng)可以進行微反應，生物催化技術與之結合之后將誕生更加綠色的新技術。一些常見的需要利用反應酶的化學反應已經(jīng)可以利用微反應容器實現(xiàn)多相所需要的性能。目前，科技前沿當中的酶聯(lián)免疫實驗已經(jīng)取得成功。催化酶參與微反應容器已經(jīng)可以在多領域進行具體應用，由于酶的種類和用量都是有限度的，也可以采用蛋白質(zhì)水解的方法生成。將酶作為一種載體固定在微通道的內(nèi)壁之上，形成微小的酶反應容器。

4微反應容器的應用有可能出現(xiàn)的挑戰(zhàn)

微反應容器自產(chǎn)生之后雖然發(fā)展迅速，但是很快就產(chǎn)生了問題與挑戰(zhàn)。例如微通道容易產(chǎn)生堵塞，一些化學物品參與反應之后，會影響到通道內(nèi)流體的速率，長期之后會產(chǎn)生沉積問題，影響之后液體通過的效率，最終還有可能導致化學反應失敗。同時由于涉及到了負載效應，微通道由于尺寸過小，對催化的裝載能力有限，因此對催化劑的效用要求較高，催化劑的負載主要是在內(nèi)壁之上，如果被涂抹到表面，則容易出現(xiàn)附著性問題，會對產(chǎn)品開發(fā)的過程產(chǎn)生阻礙。

5結語

微反應技術能夠在改變化工領域反應效率的同時改變反應過程，該技術的應用是化工行業(yè)技術升級的關鍵，化工領域如果可以高效的應用微反應平臺，將能夠極大的提升反應效率，但是我國的微反應技術還處在研究的起始階段，在將來進行深入的化工領域研究之后，微反應的研究還將會有更大的應用空間，未來前景仍然非常廣闊，在科研技術人員的努力之下，未來相關技術領域的成就一定會獲得突破，微反應技術的應用將會有更廣闊的前景。

參考文獻

[1] 何濤，馬小波，徐志宏，王周玉.連續(xù)流微反應[J].化學進展，2016，28（06）：829-838.

[2] 劉偉. 微通道反應器的構建及應用研究[D].濟南：山東大學，2016.

[3] 吳霞，李雨霖，楊舒雅.通過微反應技術實現(xiàn)化工過程的強化[J].化工設計，2014，24（03）：8-11+50+1.

[4] 趙東波.流動化學在藥物合成中的最新進展[J].有機化學，2013，33（02）：389-405.

[5] 王樂夫，張美英，李雪輝，黃仲濤.微化學工程中的微反應技術[J].化學反應工程與工藝，2001（02）：174-179.