基于微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)的生物基無(wú)毒增塑劑綠色制造

微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)傳質(zhì)傳熱及速率數(shù)量級(jí)的提升，并提升過(guò)程安全性?；谖⒘鲌?chǎng)反應(yīng)技術(shù)的生物基無(wú)毒增塑劑及其衍生物連續(xù)綠色制造項(xiàng)目，有效解決了生物基無(wú)毒增塑劑傳統(tǒng)間歇工藝存在的生產(chǎn)安全性差、過(guò)程難以控制、產(chǎn)品質(zhì)量差等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧增塑劑衍生產(chǎn)品生物基聚氨酯硬泡多元醇的高效制備，為增塑劑產(chǎn)業(yè)無(wú)毒化轉(zhuǎn)型升級(jí)及衍生應(yīng)用提供技術(shù)支撐。該項(xiàng)目也因此獲得了 2017年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

1)變革傳統(tǒng)工藝

傳統(tǒng)化工反應(yīng)工藝以間歇式偏多，反應(yīng)及分離效率不高，污染物排放嚴(yán)重;工藝路線過(guò)長(zhǎng)，操作不當(dāng)易造成安全及環(huán)境事故。這些都嚴(yán)重阻礙了化工生產(chǎn)的綠色智能化發(fā)展進(jìn)程。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)單位南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院介紹，微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)是一項(xiàng)反應(yīng)及分散特征尺度在百微米級(jí)的過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)。該技術(shù)為傳統(tǒng)化工搭建了一座“桌面工廠”， 同時(shí)也為化工行業(yè)的綠色發(fā)展指明了方向。相較傳統(tǒng)的化工技術(shù)，開(kāi)發(fā)的微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)通過(guò)微尺度效應(yīng)可以將超過(guò)百噸的反應(yīng)裝置實(shí)現(xiàn)體積千倍的縮小，以“桌面工廠”的模式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)大型化工生產(chǎn)過(guò)程；同時(shí)又?jǐn)?shù)千倍地提升反應(yīng)速度，將化工反應(yīng)由十幾小時(shí)縮短到數(shù)十秒鐘， 實(shí)現(xiàn)化工反應(yīng)過(guò)程傳質(zhì)傳熱效率及反應(yīng)速度2～3個(gè)數(shù)量級(jí)的提升、在線反應(yīng)體積3個(gè)數(shù)量級(jí)的縮小。

作為連續(xù)流技術(shù)，微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)可以大幅提升化工反應(yīng)選擇性，使污染降低排放50% 以上、能耗降低40%以上。而且， 微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)在提升反應(yīng)效率的同時(shí)強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程安全性，實(shí)現(xiàn)了化工的清潔安全生產(chǎn)。

2)實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用

微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)規(guī)?；こ虘?yīng)用是國(guó)際共性難題。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)微通道反應(yīng)尺度在百微米級(jí)別，一旦尺度擴(kuò)大則會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜有機(jī)化學(xué)反應(yīng)體系微流場(chǎng)效應(yīng)喪失。該團(tuán)隊(duì)的研究成果已能在厘米尺度下保持微流場(chǎng)效應(yīng)。

團(tuán)隊(duì)在攻克微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)尺度放大與尺度效應(yīng)難以同步、多單元系統(tǒng)集成困難、高效工程裝備缺失等技術(shù)瓶頸后，與國(guó)內(nèi)多家生產(chǎn)企業(yè)合作，實(shí)現(xiàn)了微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)在萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。值得一提的是,該項(xiàng)目完成了高品質(zhì)生物基無(wú)毒增塑劑及其系列衍生產(chǎn)品的規(guī)?；G色制造。

增塑劑能改變塑料又硬又脆的特性，使其具有柔切性，便于制品彎曲成型等。據(jù)介紹，由于技術(shù)和成本的原因，現(xiàn)在市場(chǎng)上很多塑料制品使用的仍然是傳統(tǒng)增塑劑，而美國(guó)FDA和歐盟認(rèn)證的兩類無(wú)毒增塑劑—檸檬酸酯類及環(huán)氧植物油類產(chǎn)品，尚未在國(guó)內(nèi)大范圍使用。

團(tuán)隊(duì)革新了傳統(tǒng)釜式生產(chǎn)模式，在生物基無(wú)毒增塑劑生產(chǎn)中采用了微流場(chǎng)管路式反應(yīng)器， 通過(guò)構(gòu)建合適流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，保持微流場(chǎng)效應(yīng)同時(shí)，將邊界尺度拓展至厘米級(jí)別，使反應(yīng)器單流場(chǎng)通量達(dá)到萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模。百微米尺度的傳統(tǒng)微通道反應(yīng)器每年只能生產(chǎn)幾百千克， 最多幾噸的增塑劑，難以滿足生產(chǎn)及市場(chǎng)需求；而厘米級(jí)管徑的反應(yīng)器每年能生產(chǎn)增塑劑上萬(wàn)噸，不僅實(shí)現(xiàn)連續(xù)化安全生產(chǎn)， 而且顯著提高了產(chǎn)品品質(zhì)，從而有效地解決了規(guī)?；瘧?yīng)用的問(wèn)題。

3)為行業(yè)帶來(lái)福音

微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)在實(shí)體制造業(yè)的運(yùn)用，推進(jìn)了“桌面工廠”的有益嘗試。其中，在江蘇雷蒙化工科技有限公司、江蘇向陽(yáng)科技有限公司及張家港市飛航私技有限公司，實(shí)現(xiàn)了基于微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)的高品質(zhì)增塑劑(檸檬酸酯產(chǎn)品、環(huán)氧脂肪酸甲酯產(chǎn)品)及增塑劑下游產(chǎn)品(生物基聚氨酯硬泡多元醇產(chǎn)品)的連續(xù)化生產(chǎn)。合作廠家生產(chǎn)的檸檬酸酯等產(chǎn)品通過(guò)中國(guó)、美國(guó)以及歐盟等國(guó)內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，在國(guó)內(nèi)外多家企業(yè)獲得應(yīng)用，解決了增塑劑反應(yīng)品質(zhì)低下和生產(chǎn)安全問(wèn)題。

應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)企業(yè)近3年新增銷售額達(dá)16.28億元，新增利稅2.58億元。

應(yīng)用企業(yè)的制品成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同類產(chǎn)品，其產(chǎn)品占有高端市場(chǎng)95%的份額。因此，微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)對(duì)產(chǎn)業(yè)的綠色智能化發(fā)展具有很強(qiáng)的支持作用，符合資源節(jié)約、環(huán)境友好“兩型”社會(huì)要求。

該項(xiàng)目還獲得了國(guó)家“973”計(jì)劃、國(guó)家重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金及校企合作項(xiàng)目等支持。