微通道反應器可以顯著(zhù)提高物料的傳質(zhì)傳熱效果,縮短反應時(shí)間,提高產(chǎn)品收率,而且安全、節能、環(huán)保,因而在化工、醫藥、染料及農藥等行業(yè)都受到了廣泛關(guān)注。
但是在很多反應過(guò)程中,我們不能任意提高反應溫度,一方面溫度過(guò)高有可能導致結焦等副反應的發(fā)生,另一方面則主要受制于傳統反應釜糟糕的傳熱效果?;瘜W(xué)反應往往伴隨著(zhù)劇烈的熱效應,對于放熱反應,反應速率越快,放熱也就越劇烈,而工業(yè)反應釜有限的換熱面積滿(mǎn)足不了反應的換熱需求,為避免飛溫,只能通過(guò)降低反應溫度、犧牲反應速率來(lái)實(shí)現對溫度的有效控制,然后通過(guò)延長(cháng)反應時(shí)間來(lái)達到充分反應的目的。這就是為什么很多低溫有機金屬反應要在-20℃甚至-40℃的條件下進(jìn)行,以及為什么大部分硝化反應都要通過(guò)滴加原料的方式進(jìn)行。
然而,微通道反應器是有效縮短反應時(shí)間的方法之一。
但在間歇反應釜中,有時(shí)候卻會(huì )選擇相對較低的反應物濃度,主要是從微通道反應器以下幾個(gè)方面考慮:
(1)控制反應速率。如前所述,在間歇反應中,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)生結焦或其他副反應,影響產(chǎn)品選擇性和收率。這時(shí),采用較低的反應物濃度就是比較明智的選擇,但相應地也要付出反應時(shí)間長(cháng)的代價(jià)。
(2)避免發(fā)生二次反應。除了結焦,較高的反應物濃度還容易導致二次反應的發(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,往往也需要對反應物的濃度進(jìn)行調整。
(3)利用溶劑換熱。有些溶劑除了對反應物起到分散作用,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,從而降低反應物的濃度。
反應時(shí)間不夠,而應從宏觀(guān)的角度整體把握,在了解整個(gè)反應的脈絡(luò )和各個(gè)影響因素之間的關(guān)系后,有的放矢,通過(guò)提高反應溫度、提高反應物濃度、降低物料流量或者增加盤(pán)管或反應片等多種方式來(lái)解決。