微通道反应器在有机合成中的应用
微通道技术在化学反应中的应用
微通道技术在化学反应中的应用随着科技的发展，微通道技术在化学领域中的应用逐渐受到重视。
它不仅能够提高反应效率，还能缩短化学反应的时间，减少反应废弃物的产生，为化学反应的绿色化提供可能。
本文将从微通道技术的定义、特点和应用举例等方面详细探讨这一话题。
一、微通道技术的定义和特点微通道技术是指在微观尺度下设计和制造通道，用于控制微流控体系中的液体或气体流动。
通道的尺寸一般在几毫米到几微米之间，通道的长度也相应减小。
微通道技术的优点在于其高效、快速、可控和低成本等特点。
微通道技术在化学反应领域中的应用主要包括以下几个方面：1. 化学合成：微通道技术可以用于有机化学、无机化学、高分子化学等领域的化学合成反应。
微通道反应器在不同的通道中可以分别加入不同的反应物，并精确控制它们的流量和混合过程。
这种方式可以减小反应容器的体积，同时增加化学反应的速率，从而提高反应的效率和速度。
2. 分离纯化：分离纯化是微通道技术的另一个优势所在。
利用微通道技术，可以通过微型分离柱和微通道电泳等方法快速分离分子，通过纯化得到更高纯度的化合物。
由此可以减少废液的排放量，提高产品的质量。
3. 催化反应：微通道反应器可以有效地用于催化反应。
在微通道内部，可以设计多层结构，使得废料和反应物可以在不同的位置相遇，并得到更有效的催化作用。
由此可以提高催化反应的效率和稳定性。
4. 生物化学反应：在生物化学反应过程中，微通道技术可以使反应器具有更精准的控制能力。
利用微通道反应器，可以将微小的生物细胞、核酸、蛋白质等物质放入两个相交的微通道中进行反应。
在这个过程中，可以更好地控制生物分子之间的交互、接触和反应。
二、微通道技术在化学反应领域的应用案例1. 合成结晶：对于一些非常难合成并且需要长时间反应的物质，微通道合成技术是一种更好的选择。
通过微小的反应室，传统上需要10个小时的反应，通过微通道技术，可以将反应时间缩短到30分钟以内，并且可以有效提高产率。
微通道反应器在有机合成中的应用
碳化硅反应器Protrix
1. 实验室简介
河北工业大学坐落于美丽的滨海城市—天津，其前身是创办于1903年的北洋工艺 学堂，是我国最早的培养工业人才的高等学校，创办了全国最早的高校校办工厂。114 年来，学校始终秉承“勤慎公忠”的校训精神，坚持“工学并举”的办学特色，是 “211工程”重点建设高校，河北省人民政府、天津市人民政府和教育部共建高校， 2016年入选河北省“国家一流大学建设”一层次学校。2017年，成功入选国家“世界 一流学科建设高校”。
加氢工艺 氧化工艺 过氧化工艺
烷基化工艺 胺基化工艺 磺化工艺
氟化工艺 重氮化工艺 聚合工艺
新型煤化工工艺 电石生产工艺 偶氮化工艺
重点监管危险化工艺目录
安监总管三（2013）12号
3、连续流微反应器
化学品生产的挑战。。。
大规模连续工艺……
中小规模生产的批次工艺……
高效但不灵活
灵活但不高效
如何将这两种生产方式的优点结合起来？？
科研项目：
近年来承担国家级项目8项，省部级项目15项；以及多项企 业委托的横向课题。
1. 实验室简介
已工业化项目：
1、药物及其中间体： 奥拉西坦、埃索美拉唑、泮托拉唑、美罗培南侧链等； 2、精细化学品： 二丙酮醇、二季戊四醇、纽甜等， 3、工业催化： 乙醇氨化法合成乙腈、N-甲基吡咯烷、四氢吡咯等。
谢谢
37
缩短研发耗时:
• 缩减开发费用 • 快速市场化
3、连续流微反应器
应用领域：
• 药学、精细化工、农用化学、特殊化学品及日用品工业 • 研发
– 新的化工工艺评估 • 通过使用少量的试剂和催化剂进行详细研究
– 材料生产 • 纳米颗粒、胶体、颜料及聚合物的高规格制备
微通道反应器的应用领域
微通道反应器的应用领域1. 微通道反应器简介微通道反应器，听起来是不是很高科技？其实，它就像一位默默无闻的厨师，在化学和工程的厨房里大显身手。
这种小巧玲珑的设备，凭借着它独特的结构和反应机制，正在各个领域悄然改变我们的生活。
想象一下，您在厨房里用小锅煮面，火候把控得恰到好处，面条也就恰如其分。
这就是微通道反应器的魅力所在，能够在极小的空间里实现高效的化学反应，省时省力又省资源。
2. 应用领域2.1 化学合成说到化学合成，大家可能想到那些高大上的实验室，身穿白大褂的科学家们在忙得不可开交。
而微通道反应器就是这些科学家们的得力助手。
它可以在几毫升的空间里进行各种化学反应，效率比传统反应器高多了！这就好比在拥挤的地铁里，您总能找到那条最省力的捷径，不用挤来挤去，省时省心。
无论是制药、材料合成，还是催化反应，微通道反应器都能游刃有余地完成任务，真是“小身材，大能量”！2.2 生物工程再说说生物工程，这可是一块广阔的蓝海。
微通道反应器在这个领域的应用同样出色。
比如，在生物反应器中，它能够为细胞提供更好的生长环境，像一位耐心的园丁，悉心照料着每一株小苗。
通过精确控制温度、pH值和营养物质的浓度，微通道反应器能显著提高细胞的生长速度和产量，生物药物的生产效率直线上升。
听起来是不是有点像魔法？而且，它的体积小、能耗低，真的是一举多得。
3. 环境保护3.1 废水处理说到环境保护，微通道反应器在废水处理方面的表现可谓是相当亮眼。
咱们常说“水是生命之源”，但有些工业废水可不太“友好”。
微通道反应器能有效地去除废水中的污染物，真是“有苦说不出”的环境卫士。
通过先进的催化技术，它能将难降解的有机物转化为无害物质，确保排放水质达标。
想象一下，原本浑浊的水变得清澈见底，这背后可少不了微通道反应器的辛苦付出。
3.2 二氧化碳捕集再来聊聊二氧化碳捕集，这也是当前环保领域的热点话题。
微通道反应器通过高效的气体吸收和反应，将二氧化碳转化为可再利用的化学品。
微反应器在有机合成中的应用研究
微反应器在有机合成中的应用研究随着科技的不断发展和进步，微反应器在有机合成领域中的应用越来越受到重视。
微反应器是一种微型化的化学反应器，其体积通常在微升到毫升级别，具有高效、高选择性和环境友好等优点。
本文将探讨微反应器在有机合成中的应用研究。
一、微反应器的优势微反应器相较于传统的反应器具有许多优势。
首先，微反应器的体积小，反应物与催化剂之间的接触更加充分，反应速度更快。
其次，微反应器的热量和质量传递效果更好，反应温度和反应物浓度更容易控制。
此外，微反应器还可以实现连续流动反应，大大提高了反应的效率和产率。
综上所述，微反应器在有机合成中具有独特的优势。
二、微反应器在有机合成中的应用1. 催化剂的高效利用微反应器可以将催化剂与反应物充分混合，提高催化剂的利用率。
例如，金属有机催化剂在微反应器中的应用已经取得了重要的突破。
微反应器可以通过精确控制反应条件，实现高效的金属有机催化反应，提高反应的产率和选择性。
2. 复杂反应的优化有机合成中常常涉及到复杂的反应路径和多步反应。
微反应器可以有效地控制反应条件，提高反应的选择性和产率。
例如，通过微反应器可以实现多步反应的连续流动，减少中间产物的分离和纯化步骤，大大简化了合成过程，提高了合成效率。
3. 高温高压反应的安全性一些有机合成反应需要在高温高压条件下进行，存在一定的安全隐患。
微反应器可以在小尺寸的空间内实现高温高压反应，减少了反应物料的用量，降低了反应的危险性。
此外，微反应器还可以实现快速的热量传递，有效控制反应温度，提高了反应的安全性。
4. 绿色合成的实现微反应器在有机合成中的应用还可以实现绿色合成的目标。
传统的有机合成过程中常常需要大量的溶剂和试剂，产生大量的废弃物。
微反应器可以通过连续流动反应，减少溶剂和试剂的用量，降低废弃物的产生。
此外，微反应器还可以实现高效的催化反应，提高反应的产率，进一步减少废弃物的产生。
三、微反应器的发展趋势微反应器在有机合成中的应用还有很大的发展空间。
微通道反应器在合成反应中的应用
微通道反应器在合成反应中的应用
微通道反应器是一种紧凑的、可缩放化的量产工艺装置，可在该装置
中进行特定的反应过程。
微通道反应器主要应用于以下各种合成反应。
1.小分子化学反应：微通道反应器可用于各种合成反应，如加成反应、缩合反应、氧化反应、水解反应和聚合反应等。
微通道反应器允许更高的
反应效率、更快的反应速率和显著缩短反应时间，从而有效提高了合成反
应的效率。
2.催化反应：用微通道反应器可以灵活地进行许多催化反应，如多环
芳烃的芳烃交换反应和羰基化反应等，这些反应可以使用更绿色的试剂和
环保的条件来完成。
3.生物合成反应：微通道反应器可用于一系列生物合成反应，包括酶
催化反应、缩合反应和脱水反应等。
它还可以用于生物催化剂的分离、纯
化和保护，从而有效提高有机合成反应的效率和质量。
4.其他合成反应：微通道反应器也可以用于高纯度有机高价添加剂的
制备，如各种醚和醇类及其氢化物等，以及杂原料的制备，如α，β-不
饱和化合物和烯烃等。
微通道反应器的制备与应用研究
微通道反应器的制备与应用研究一、概述微通道反应器（Microreactor）是一种核心尺度在微米级别的流动反应器，其具有较高的传质速率、高效的传热性能以及良好的反应条件控制等优点。
在化学、生物、环境工程等领域中有着广泛的应用，成为了化学反应工程和传输过程研究的热点方向之一。
二、制备方法微通道反应器的制备有两种主要方法：微加工法和光刻法。
1.微加工法微加工法是从微机电系统中发展起来的，用于制备微孔、微沟、微槽等微纳米结构。
该方法的主要特点是工艺简单、加工速度快，而且可以制备带有三维结构的微通道反应器。
通常采用的微加工工艺有刻蚀法、激光切割法、光刻法等等。
其中，刻蚀法和激光切割法在表面粗糙度方面偏大，不利于流体的流动，适合于制备含有直线和直角的微通道；光刻法在表面粗糙度方面较小，适合于制备含有曲线结构的微通道。
2.光刻法光刻法是通过光阻进行精细雕刻的工艺，其优点是加工精度高、表面光滑，适合制备平面型的微通道反应器。
该方法的主要步骤包括：光阻涂覆、暴露光刻（UV曝光）、显影和腐蚀四个步骤。
该方法制备的微通道反应器具有结构精细，加工成本较低的优点，但由于其制造工艺的限制，不能制备三维结构的微通道反应器。
三、应用研究1.有机合成反应微通道反应器在有机合成反应中具有很高的应用价值，能够解决传统合成反应温度、压力、物质失控、物质转移等难题。
由于微通道反应器体积小、传质速度快、反应温度可调控，因此可以对某些化学反应条件进行精确调控。
2.化学分析微通道反应器在化学分析领域也得到广泛应用，其主要应用于微流体荧光传感器、微流体电泳芯片等领域。
微通道反应器对于检测样品需要的溶液量小，可以大大节约分析试剂和样品，满足微量分析的要求。
3.物理反应微通道反应器在物理反应方面的应用也得到了广泛关注。
在流体动力学、化学热力学等领域中，微通道反应器具有较高的应用价值。
四、发展趋势在未来的发展中，微通道反应器将越来越广泛的应用于能源、环保和生物医学领域。
微通道反应器应用案例
微通道反应器应用案例微通道反应器是一种在微尺度下进行化学反应的装置。
与传统的宏观反应器相比，微通道反应器具有体积小、传质效果好、热量更容易控制等优势。
它在许多领域都得到了广泛的应用，例如化学合成、能源转化、环境保护和生物医药等。
下面就几个典型的微通道反应器应用案例进行介绍。
一、化学合成领域在化学合成领域，微通道反应器可以用于有机合成、阻尼物质的制备和生物化学反应等。
由于微通道反应器具有高比表面积和传质效果好的特点，可以提高反应速率和选择性。
同时，微通道反应器还可以更好地控制反应温度，有效避免副反应的发生。
例如，将微通道反应器应用于酯交换反应中，可以实现高产率和高选择性的合成。
另外，在药物合成中，微通道反应器的小体积特点使得反应物浓度更高，从而可以减少副反应，提高产率和产品质量。
二、能源转化领域在能源转化领域，微通道反应器可以应用于燃料电池、水电解等领域。
在燃料电池中，微通道反应器可以提供更好的传质效果和催化剂利用率，提高燃料电池的能源转化效率。
同时，微通道反应器还可以减少水电解过程中的质量传递阻力，降低能量消耗。
三、环境保护领域在环境保护领域，微通道反应器可以应用于废水处理、大气污染治理等。
由于微通道反应器具有小体积和高传质效果的特点，可以提高污染物的降解速率和环境治理效率。
例如，将微通道反应器应用于催化氧化降解有机废水中的有害物质，可以提高废水处理的效率和降解效果。
四、生物医药领域在生物医药领域，微通道反应器可以应用于药物合成、基因测序等。
例如，将微通道反应器应用于药物合成中，可以实现更高的产率和选择性，提高药物合成的效率和质量。
同时，微通道反应器还可以用于基因测序中的荧光标记反应，提高基因测序的准确性和效率。
以上只是微通道反应器应用的几个典型案例，实际上微通道反应器在许多领域都有广泛的应用。
随着微纳技术的不断发展和创新，微通道反应器的应用前景将更加广阔。
微反应器在化学合成中的应用研究
微反应器在化学合成中的应用研究一、微反应器的定义和特点微反应器是一种用微流体技术制造的小型化反应器，通常只有微米至毫米的尺寸。
与传统宏观反应器相比，微反应器具有以下特点：反应条件易于控制，反应速率较快，反应转化率较高，废液减少，环保性能好，节约能源和原材料等优点。
二、微反应器在化学合成中的应用1.有机合成方面在有机合成中，微反应器可以被广泛应用。
由于微反应器的小体积和高表面积/体积比，使得反应物质的扩散速度非常快，反应速率得到了大大的提升。
同时，由于微反应器反应条件易于控制，可以通过微量反应实现结构复杂化合物的合成。
2.生物学研究微流控反应器也可以在生物学研究领域中发挥作用。
由于微反应器能够在短时间内处理大量的生物样本，因此可以在单个芯片上进行多种生物实验，从而大大简化实验过程，节省时间和成本。
3.温度控制微反应器可以根据需要进行温度控制，可以快速升温或降温，温度控制范围越来越广。
高宽比为1：1的微反应器可以利用红外线或激光进行局部加热，从而实现反应温度的控制。
4.反应物质注入微反应器也可以用于反应物质注入。
由于微反应器的小体积，反应物的注入可以在几微升到楼文升级别的数量级。
并且，可以通过流动的方式注入反应物质，避免反应物质的不均匀混合，确保反应的稳定性。
5.催化剂的使用微反应器也可以用于催化剂的使用。
由于微反应器的小体积和高表面积/体积比，可以以低浓度使用催化剂，从而提高了反应速率和利用率。
6.反应中间体的稳定由于微反应器可以提供非常高的物质流动，反应中间体的积累减少，从而稳定中间体的化学性质，避免中间体分解或转化为其他物质。
三、微反应器与传统反应器的比较传统的宏观反应器在反应体系混合程度方面存在着一定的问题，而微反应器通过小型化和微流体控制的方式可以实现反应体系精确的控制。
与传统反应器相比，微反应器在反应速率和反应效果方面有着极大的优势。
传统反应器的宏观尺寸使得反应体积较大，且反应物质的混合程度有限，还容易因为温度和混合问题导致反应物质的浪费，从而增加了反应成本。
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Junkers et al. ChemFiles, Vol. 9 (4), 2009.
3、连续流微反应器
增加反应的可控性:
• 更高的反应选择性—增加了产率并减少了消耗 • 改进了工艺稳定性 • 工艺控制高度自动化 • 反应条件不受操作者主观影响
加强工艺安全性:
• 反应试剂保有量少—mL级到L级的反应液保留 • 优秀的热/质量传递 • 温度、压力、计量比等参数对反应的影响，可通过小试反应研究 • 通风橱中的工厂，降低工厂所需的占地面积
3、连续流微反应器
传质效率高：
• 持续的活塞流 • 提供高效混合 (沿管路通道) • 具有低压降
3、连续流微反应器
微通道中反应的热和质量的传递较快，大型容器中反应的热和质量的传递较慢
热交换:
混合:
5 m3 釜式反应器(500 rpm)
5 m3 釜式反应器 (500 rpm)
在300 mm通道中这个过程需要10秒
加氢工艺 氧化工艺 过氧化工艺
烷基化工艺 胺基化工艺 磺化工艺
氟化工艺 重氮化工艺 聚合工艺
新型煤化工工艺 电石生产工艺 偶氮化工艺
重点监管危险化工工艺目录
安监总管三（2013）12号
3、连续流微反应器
化学品生产的挑战。。。
大规模连续工艺……
中小规模生产的批次工艺……
高效但不灵活
灵活但不高效
如何将这两种生产方式的优点结合起来？？
科研项目：
近年来承担国家级项目8项，省部级项目15项；以及多项企 业委托的横向课题。
1. 实验室简介
已工业化项目：
1、药物及其中间体： 奥拉西坦、埃索美拉唑、泮托拉唑、美罗培南侧链等； 2、精细化学品： 二丙酮醇、二季戊四醇、纽甜等， 3、工业催化： 乙醇氨化法合成乙腈、N-甲基吡咯烷、四氢吡咯等。
化学工程与技术一级学科为河北省强势特色学科、国家 “211”工程重点建设学科、河北省“双一流”一层次建设学科 。绿色化工与高效节能实验室为省级重点实验室,基础化学实验 中心和仪器分析中心为河北省教学示范中心。
1. 实验室简介
研究方向：
1、有机合成方法学、精细化学品合成、药物及其中间体合 成；
2、微流控反应技术研究 3、络合催化、工业催化。
微通道反应器在有机合成中的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
主要内容：
1. 实验室简介 2. 工业4.0时代的化工----绿色化工 3. 连续流微反应器 4. 连续流微反应工艺案例
1. 实验室简介
学校：教学科研 企业：工艺开发，工艺验证 欢迎各位老师参观指导，欢迎企业共同合作！
工艺开发Labtrix Start
中试验证KilloFlow
3、连续流微反应器
增强生产过程安全性 提高生产灵活性 缩短产品面市时间 降低开发与生产成本
强化过程传质、传热 减少三废排放 改善产品质量 增加产品的纯度、收率
4、连续流微反应工艺案例 4.1 氟雷拉纳（Fluralaner）的合成
氟雷拉纳是一种对哺乳动物安全、杀虫活性高、且广谱的 异唑啉类杀虫剂。
1. 实验室简介
化工学院现有教职工221人,其中教授62人,副教授48人。现 有化学工程与技术一级学科博士点以及博士后流动站,化学工程 与技术和化学两个一级学科硕士点。学院现有化学工程与工艺 、制药工程、安全工程、高分子材料与工程、过程装备与控制 工程、生物工程、应用化学、海洋技术、海洋资源与环境9个本 科专业。
3、连续流微反应器
连续流动化学（Continuous Flow Chemistry）
连续流动化学是一项革命性的颠覆传统化工的技术，它将为医药 化工产业开启崭新的高效精细化时代，为医药行业的转型升级、提升创
新能力、实现“零排放、绿色、可持续发展”提供有效的技术手
段。
3、连续流微反应器
微反应器技术结构原理
• 可实现一定规模的生物催化、光化学、电化学
• 生产
– 因为安全原因，以前被禁止的一些化学反应可以在有良好安全性的反应器中执行
3、连续流微反应器
微反应器技术特点
1 2 3
4
无放大效应
精确地温度控制，在线体积小，出色的安全性
高效混合和换热
停留时间分布窄，无返混
精确的温度控制;在线 体积小，出色的安全性
4、连续流微反应工艺案例 4.1 氟雷拉纳（Fluralaner）的合成
4、连续流微反应工艺案例
4.1 氟雷拉纳（Fluralaner）的合成
中间体I:(传统工艺）
4、连续流微反应工艺案例
4.1 氟雷拉纳（Fluralaner）的合成
2、工业4.0时代的化工-绿色化工
开发原子经济反应
使用安全的溶剂、化学品
开发新型催化剂
减少废液排放 减少危险化学品合成 降低能源消耗 减少衍生物生成
安全化工过程
2、工业4.0时代的化工-绿色化工
光气及光气化工艺 电解工艺（氯碱） 氯化工艺
硝化工艺 合成氨工艺 裂解（裂化）工艺
18类 重点监管 危险工艺
碳化硅反应器Protrix
1. 实验室简介
河北工业大学坐落于美丽的滨海城市—天津，其前身是创办于1903年的北洋工艺 学堂，是我国最早的培养工业人才的高等学校，创办了全国最早的高校校办工厂。114 年来，学校始终秉承“勤慎公忠”的校训精神，坚持“工学并举”的办学特色，是 “211工程”重点建设高校，河北省人民政府、天津市人民政府和教育部共建高校， 2016年入选河北省“国家一流大学建设”一层次学校。2017年，成功入选国家“世界 一流学科建设高校”。
缩短研发耗时:
• 缩减开发费用 • 快速市场化
3、连续流微反应器
应用领域：
• 药学、精细化工、农用化学、特殊化学品及日用品工业 • 研发
– 新的化工工艺评估 • 通过使用少量的试剂和催化剂进行详细研究
– 材料生产 • 纳米颗粒、胶体、颜料及聚合物的高规格制备
• 工艺开发
– 快速实现从研发向中试规模生产的转化 – 能在实验室研究后通过反应较长时间生产千克级的产物 – 能采用以前难以实现的方法合成某些产物，
无放大效应
3、连续流微反应器
更高效
能使化学反应速率接近 动力学极限，促使化学 反应能做到“更快”
更经济
快速有效的混合，精确 控制停留时间与反应温 度，提高了化学反应的 转化率和选择性
更安全
反应器中停留的化学品量 很少,易于控制，促使化 学化工过程“更安全”
更环保
微反应的过程得到强化，使 物料接近理论配比反应，并 且在一定程度上减少溶剂用 量。