微化工技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用分析

劉敏敏（山西師范大學(xué)， 山西 臨汾 041000）

微化工技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用分析

劉敏敏（山西師范大學(xué)， 山西 臨汾 041000）

隨著科技的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)中得到應(yīng)用，微化工技術(shù)作為一種新型的現(xiàn)代化技術(shù)，在化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用過(guò)程中取得了令人欣慰的效果。本文通過(guò)對(duì)微化工技術(shù)所涉及的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行深入的探究，突顯微化工技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)中承擔(dān)的地位，希望其在日后的化學(xué)反應(yīng)中得到更為廣泛的應(yīng)用。

微化工技術(shù)；化學(xué)反應(yīng)；應(yīng)用

目前，微化工技術(shù)在各類化學(xué)反應(yīng)中得以應(yīng)用，這種高科技技術(shù)的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了化工行業(yè)產(chǎn)品安全清潔，生產(chǎn)流程節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，總之微化工技術(shù)的使用是對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的跟隨。上個(gè)世紀(jì)末期，微化工技術(shù)產(chǎn)生，其概念的研究倍受相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业淖⒅兀饕难芯抗颈椴际澜绺鞯?，例如Dupont公司、UOP、IMM等。本文作者積極的研究與微化工技術(shù)有關(guān)的文獻(xiàn)資料，對(duì)微反應(yīng)器、均相反應(yīng)、氣-液反應(yīng)、液-液反應(yīng)四方面內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并總結(jié)出微化工技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)用發(fā)揮的作用。

1 微反應(yīng)器

微化工本系統(tǒng)的構(gòu)成是復(fù)雜而多樣化的，其組成成分包括混合器、換熱器、吸收器以及微反應(yīng)器等，我們必須明確的是微反應(yīng)器是系統(tǒng)的核心部分。微反應(yīng)器的專用名詞為微尺度或者是微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器，它自身攜帶流動(dòng)性能。微反應(yīng)器的尺寸大小受微化工器件內(nèi)部管道直徑的限制，目前大多數(shù)尺寸在10～500μm范圍內(nèi)選取。微反應(yīng)器與傳統(tǒng)反應(yīng)器相比較，在化學(xué)分子水平的反應(yīng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榇藭r(shí)它顯示的尺度是極大的?；谶@種情況，我們可以得出這樣的結(jié)論：微反應(yīng)器在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用，不能更改化學(xué)反應(yīng)原理，也不能發(fā)揮本體動(dòng)力學(xué)屬性，但是它可以憑借自身流動(dòng)性的特征，通過(guò)傳遞熱能的途徑強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。實(shí)踐證明對(duì)微化工器的尺寸進(jìn)行微微細(xì)化工作，化學(xué)反應(yīng)就可以達(dá)到速率高，能耗低，工藝環(huán)保的目標(biāo)。

2 均相反應(yīng)

均相反應(yīng)大體上可劃分為兩種反應(yīng)類型，一種是強(qiáng)發(fā)熱自由基聚合反應(yīng)模式，另一種是化學(xué)反應(yīng)中間體和化學(xué)藥物的合成。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)第一種化學(xué)反應(yīng)類型驗(yàn)證的目的，Iwasaki等科研人員在分析大量的研究資料的基礎(chǔ)上，積極的創(chuàng)建化學(xué)實(shí)驗(yàn)。在丙烯酸丁酯的聚合反應(yīng)參與進(jìn)微化工反應(yīng)系統(tǒng)的研究中，科研人員重點(diǎn)對(duì)該化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)強(qiáng)放熱自由基聚合反應(yīng)的特征進(jìn)行全面的研究。在該化學(xué)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)進(jìn)程中，微反應(yīng)器的流動(dòng)性能得到發(fā)揮，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的尺度反應(yīng)器相比較，微反應(yīng)器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了聚合度密布分布的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，同時(shí)化學(xué)反應(yīng)器具中高聚合度物質(zhì)顆粒幾乎不存在，保證了化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行，不會(huì)出現(xiàn)中途堵塞的惡劣現(xiàn)象。

而化學(xué)反應(yīng)中間體和化學(xué)藥物的合成，一般是在低溫的環(huán)境中進(jìn)行的，這樣化學(xué)反應(yīng)物性質(zhì)不穩(wěn)定的狀態(tài)才會(huì)得到有效的抑制，此時(shí)化學(xué)中間物或者生成物“多取代的現(xiàn)象”就會(huì)得到緩解。例如在二氯甲烷的化學(xué)反應(yīng)中，研究人員必須對(duì)微反應(yīng)器的溫度進(jìn)行合理的調(diào)控，一般溫度控制在-78℃的環(huán)境中，此時(shí)單取代產(chǎn)物以及二取代產(chǎn)生的摩爾質(zhì)量就實(shí)現(xiàn)了最大化。

3 氣-液反應(yīng)

（1）氟化反應(yīng)。該種化學(xué)反應(yīng)使芳香族化合物苯、甲苯、酚等物質(zhì)實(shí)現(xiàn)氟化的目的。微化工技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用氟化反應(yīng)，對(duì)芳香化合物通過(guò)氟化而形成的衍生物進(jìn)行系統(tǒng)的研究。（2）氯化反應(yīng)。這里我們以 2，4-甲苯二異氰酸酯（TDI）在微反應(yīng)器的氯化反應(yīng)作為實(shí)例，進(jìn)行探究。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在常規(guī)尺度反應(yīng)器中，TDI的轉(zhuǎn)化率為60%時(shí)，目的產(chǎn)物選擇性僅僅為40%，此時(shí)副產(chǎn)物選擇性的比例略微大于40%；而在微化工反應(yīng)器中，TDI的轉(zhuǎn)化率為50%時(shí)，目的產(chǎn)物選擇性大于85%，副產(chǎn)物選擇性的概率少于5%，此時(shí)的時(shí)空收率是極高的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明這一理論：微化工反應(yīng)器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)在某種程度上對(duì)氯化反應(yīng)具有促進(jìn)作用。

4 液-液反應(yīng)

（1）硝化反應(yīng)。目前，混酸硝化反應(yīng)發(fā)展日趨成熟。我們知道該化學(xué)反應(yīng)是放熱的，熱能放出的多少受微反應(yīng)化學(xué)器傳遞性能的影響。例如在濃硫酸參與HNO3分解的化學(xué)反應(yīng)中，濃硫酸發(fā)揮著催化的作用，使HNO3生產(chǎn)2NO+離子，此時(shí)硝酸中帶有正電荷的離子通過(guò)油水兩界面對(duì)有機(jī)分子進(jìn)行攻擊，最后形成一種硝基取代物。一般情況下，如果硝化反應(yīng)中傳質(zhì)效果不理想，那么化學(xué)反應(yīng)速率就會(huì)相對(duì)遲緩，此時(shí)極容易造成多種副產(chǎn)物多硝基取代物的生成。（2）相轉(zhuǎn)移耦合反應(yīng)。Hisamato 等科研人員利用微反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)探究：把重淡鹽溶液和耦合組分溶液分別注入兩個(gè)型號(hào)相同的微化工反應(yīng)容器中，擱置3s左右，使用電磁攪拌棒在燒瓶中進(jìn)行攪拌擱置，此時(shí)研究者發(fā)現(xiàn)如果攪拌的力度增強(qiáng)，該化學(xué)反映速率就會(huì)隨之加快，反之速率減慢，此時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些副反應(yīng)，例如重淡鹽不能完全分解，發(fā)生二耦合等現(xiàn)象。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相轉(zhuǎn)移耦合反應(yīng)在最佳反應(yīng)狀態(tài)下，轉(zhuǎn)化率高達(dá)85%，此時(shí)反應(yīng)物形成沉淀；如果在這種情況下應(yīng)用微化工反應(yīng)器，化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)100%的轉(zhuǎn)化，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中無(wú)沉淀產(chǎn)生。

5 淺析微化工技術(shù)的作用

①使化學(xué)反應(yīng)的各個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制，用量配置不精確的問(wèn)題得到改善。②安全可靠。自由基爆炸的后果得到有效的控制，使安全性低的化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行。③實(shí)現(xiàn)分布產(chǎn)生的目的。解決了化學(xué)原料成本以及生產(chǎn)資料設(shè)備不齊全的問(wèn)題。④達(dá)到人與自然友好相處的目標(biāo)。微化工技術(shù)的應(yīng)用，使化學(xué)成本降低，用料減少，廢物生成量少。

6 結(jié)語(yǔ)

近些年，微化工技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用以及發(fā)展，為化工企業(yè)帶來(lái)了豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。但是我們不應(yīng)該滿足現(xiàn)狀，應(yīng)該積極的對(duì)該技術(shù)進(jìn)行更深層次的探究，力求使微化工技術(shù)處于不斷改革更新的優(yōu)質(zhì)狀態(tài)中，使其更好的為人類服務(wù)。

［1］陳光文，袁權(quán).微化工技術(shù)［J］.化工學(xué)報(bào)，2003.