流动化学反应
化学反应对流体流动和传质行为的影响与调控
化学反应对流体流动和传质行为的影响与调控引言化学反应是指物质之间发生化学变化的过程，常伴随着物质的能量变化和物质数量的变化。
化学反应在自然界和工业生产中广泛存在，对流体流动和传质行为产生重要影响。
本文将探讨化学反应对流体流动和传质行为的影响，以及调控这些影响的方法和策略。
化学反应对流体流动的影响化学反应对流体流动的影响主要表现在两个方面：流体性质的变化和流动特性的改变。
1. 流体性质的变化化学反应会改变流体的物理和化学性质，从而影响流体的流动行为。
例如，在溶液中发生酸碱中和反应时，酸性或碱性溶液将变为中性溶液，其pH值变化将进一步影响溶液的流动性质。
此外，化学反应还能改变溶液的粘度、密度和表面张力等物理性质，从而对流体的流动行为产生显著影响。
2. 流动特性的改变化学反应也会改变流体的流动特性，包括速度分布、流线形态和湍流程度等。
在化学反应过程中，可能会伴随着气泡产生、沉积物沉淀或颗粒悬浮等现象，这些现象会改变流体的速度分布和流线形态，并增加流体的湍流程度。
此外，化学反应还能通过生成或消耗热量的方式，对流体的流动产生热影响，进一步改变流动特性。
化学反应对传质行为的影响传质是指物质在流体中的传输过程，包括扩散、对流、迁移和反应等。
化学反应对传质行为的影响主要表现在传质速率的改变和传质机制的转变两个方面。
1. 传质速率的改变化学反应会改变物质在流体中的传质速率。
一方面，化学反应可以增强或减弱物种的质量传输速率。
例如，在氧化反应中，氧气分子的传输速率可能会受到氧化反应速率的限制；而在还原反应中，物质的扩散速率可能会成为决定性因素。
另一方面，化学反应还可以改变传质界面，通过生成或消耗物质的方式来调节传质速率。
例如，在溶液中发生结晶反应时，晶体的生成会导致传质界面的变化，进而影响传质速率。
2. 传质机制的转变化学反应还能引起传质机制的转变。
在化学反应过程中，物质可能从溶液中转移到固体表面或从固体表面转移到溶液中，这涉及到溶解、析出、吸附和解吸等过程。
化学反应中的流变学
化学反应中的流变学化学反应是指两种或多种物质之间通过一系列的变化和相互作用，形成新的物质的过程。
在这个过程中，物质的物理性质和化学性质都会发生变化，其中流变学是一种研究流体变形的力学学科。
它是化学反应中重要的一个组成部分，因为反应涉及到物质的流动和变形。
本文将探讨化学反应中的流变学。
化学反应中的物质变形化学反应中的物质变形是流变学的主要研究内容。
物质的流动是由许多复杂的物理和化学过程引起的。
在化学反应中，物质的分子和原子会在反应过程中发生改变，从而导致物质的化学性质和物理性质发生变化。
这种物质的变化可能是直接形成新物质，也可能是通过中间产物的形成，最终形成新的物质。
在化学反应中，物质的变形是由反应过程中的各种力量引起的。
这些力量包括化学反应产生的热力学力、扩散力、表面张力、胶束力、流体惯性力、压力梯度力和重力等。
这些力量相互作用，并产生物质的流动和变形。
例子：摇壶中的奶泡我们也可以用实例来说明物质的变形。
比如在摇壶中加入一些牛奶，抖动后会产生奶泡，奶泡即可被视为一种流体。
随着摇晃的不断进行，这些奶泡会逐渐变形，由圆形变成不规则形状。
当奶泡破裂时，奶液的表面张力会导致它们变成更小的泡沫。
这个过程中奶泡的变形是一个典型的流体变形过程，可以用流变学来描述。
流变学与化学反应的关系化学反应的过程中流动及变形是不可避免的。
因此，流变学是研究化学反应中的流动和变形的重要学科。
流变学可以研究任何类型的流体，包括气体、液体和固体。
它是了解流体行为和流体力学的核心部分，在化学反应中扮演重要的角色。
在化学反应中，流变学的应用广泛。
例如，在制备聚合物、混凝土、金属材料和生物材料时，化学反应涉及到流动和变形，而流变学可以帮助研究这些流动和变形过程，并优化反应条件以得到更好的产品。
此外，流变学也可以应用于食品工业、化妆品工业以及石油与石化工业等。
结论总之，化学反应中的物质流动和变形是由各种力量共同作用产生的。
流变学是研究这些力量和流体变形的重要学科。
化学反应工程第三章反应器内的流体流动
物料的浓度变化。
如测定数据属于离散型， 则：
3.2.3 寻求停留时间分布的实验方法
在实验时，时间间隔可以取成等值，得：
平均停留时间和散度可按下式计算：
当 为定值时，
散度
3.2.3 寻求停留时间分布的实验方法
例3-2 在稳定操作的连续搅拌式反应器的进料中脉冲
m 50g
注入染料液（
）,测出出口液中示踪剂浓度随时
多级混合模型是由N个容积为V的全混釜串联组成，从一 个釜到下一个釜的管道内无返混且不发生化学反应，示 意如图3-8：
图3-8 多级混合模型
3.4.1 多级混合模型
经推导可得该多级混合模型的停留时间分布规律为：
F ( ) cN 1 1 1 1 1 exp( N )[1 ( N ) ( N ) 2 ( N ) 3 （N ) N 1 ] c0 1 ！ 2 ！ 3! （N 1 ）！
（t）；另一部分是阶跃输入前的物料量为Vc0－中时间
大于t的示踪剂，其量为Vc0－[1-F（t）] 。即：
即得：
（3-15）
如果阶跃输入前进口物料中不含示踪剂，即 ，则上 c F ( t ) 式可以改写成： （3-16） c0
3.2.3 寻求停留时间分布的实验方法
例3-1 测定某一反应器停留时间分布规律，采用阶跃输 入法，输入的示踪剂浓度 ，在出口处测定响应曲线得到 的数据如下表3-1所示：
占的分率。依此定义，E(t)和F(t)之间应具有如下关
系： 以及
3.2.1 停留时间分布的定量描述
在t=0时 F(0)=0和t=∞时 ，关于E(t)、F(t)曲线以及它 们之间的关系示于图3-2中。
图3—2 停留时间分布曲线
流动化学技术及其应用
长三角绿色制药协同创新中心《绿色制药技术》研讨报告题目：流动化学技术及其应用姓名：学号：班级：绿色制药1301研讨课主题：流动化学反应技术研讨课时间：2015.12.16目录1研究背景 (1)1.1流动化学概述 (1)1.2流动化学技术装置 (1)1.3流动化学技术特性及优势 (2)1.3.1高效的传热作用 (2)1.3.2高效的传质作用 (2)1.3.3反应底物连续流动性 (3)1.3.4微反应器的催化修饰 (3)1.3.5合成放大的简易性 (3)1.3.6流动化学技术的扩展应用 (3)1.4流动化学技术在药物合成方面的应用 (4)2技术应用案列 (4)2.1有机金属化合物参与的反应 (4)2.2微反应器中进行吡啶相关的Li一Br交换反应 (5)2.3连续流动-批次工艺组合制备盐酸曲马多 (6)2.4其他有机金属参与反应中的应用 (7)3总结与讨论 (8)3.1流动化学技术的优缺点 (8)3.2微反应器稳定运转问题 (9)3.3流动化学技术展望 (9)参考文献 (9)1研究背景1.1流动化学概述在过去数百年的时间里,化学家一直在使用基本相同的设备即玻璃器皿在研究化学反应，依靠玻璃烧瓶和必要的辅助工具,化学家几乎可以构建任何有机分子从而合成出各种药物和化学品。
在传统的玻璃反应器皿中进行化学反应，常伴随着一些问题，比如反应物受热不均匀、反应物之间的混合效果差等。
这些因素又通常会使反应温度以及反应物的配比难以精确控制，以至于引发诸多的副反应。
尤其对于一些剧烈放热的反应，温度的失控更是会引发巨大的危险性。
近年来，流动化学技术受到广泛关注，它针对传统的批量反应存在的问题做出了更好的改进。
连续流动化学技术是用泵提供动力，将反应物以连续流动方式在微通道内进行化学反应的技术。
作为一种新兴的合成反应技术，它具有反应参数高度控制技术的潜在优点，可提高产品质量，提高安全性，方便进行高温高压反应，自动化程度高，减少手工处理，易于重复，可在线纯化，增加两相或三相系统的接触表面。
化学反应：第四章 非理想流动
4.1 反应器中的返混现象与停留时间分布
早混和迟混的影响
第四章 非理想流动
早混
晚混
即使两反应体系的空时相同，由于反应混合的迟早不同，反应结果也不相 同。
4.1 反应器中的返混现象与停留时间分布
二、 停留时间分布的定量描述
第四章 非理想流动
• 一种流动对应着一定的停留时间分布 • 一种停留时间分布对应着不同的流动 • 停留时间分布用概率分布的概念来定量描述。
E(t
)dt
0
tE(t
)dt
2 t
0
t
2
E(t
)dt
t
2
无因次方差与方差的关系
2
2 t
t
2
4.1 反应器中的返混现象与停留时间分布
三、停留时间分布的实验测定
第四章 非理想流动
• 物理示踪信号响应技术：
采用一种易于检测的无化学反应活性的物质 按一定的输入方式加入稳定的流动系统（输 入信号），通过观测该示踪物质在系统出口 浓度随时间的变化（响应信号）来确定系统 物料的停留时间分布。
dN E(t)dt N
E(t)被称为停留时间分布密度函数。
4.1 反应器中的返混现象与停留时间分布
(2) 停留时间分布密度函数曲线
第四章 非理想流动
以 E(t) 纵轴，t 为横轴，作图，得到 E(t) 对 t 的停留时间分布密度函数曲线，如下图。
E(t) E(t)dt
dt
t
4.1 反应器中的返混现象与停留时间分布
4.1 反应器中的返混现象与停留时间分布
第四章 非理想流动
1. 平均停留时间(数学期望)
它是指整个物料在设备内的停留时间，而不是个 别质点的停留时间。所有质点停留时间的“加权平 均值”
连续流动化学在药物合成中的应用
连续流化学反应是这十年中发展起来的新技术，而在实验中这项技术可以增加反应的安全性、传热传质的速度以及加快自动化程度和在线监测以及纯化的多种优点。
所以被广泛地应用开来。
本文综述了一些近年来连续流动化学技术在药物合成中的应用。
进一步说明了它的优点和重要意义,也展示了连续流动化学技术在药物合成中的广阔前景。
一、布洛芬的全合成布洛芬是世界卫生组织、美国FDA共同推荐的儿童退烧药，是被广泛使用的抗炎药。
布洛芬具有抗炎、镇痛、解热作用。
治疗风湿和类风湿关节炎的疗效稍逊于乙酰水杨酸和保泰松。
适用于治疗轻到中度的偏头痛发作期、偏头痛的预防、慢性发作性偏侧头痛、奋力性和月经性头痛、风湿性关节炎、类风湿性关节炎、骨关节炎、强直性脊椎炎和神经炎等。
反应方程式:二、格列卫（Gleevec）的合成（mun. 2010, 46, 2450）通用名：甲磺酸伊马替尼（印度natco公司生产的叫veenat。
俗称：印度格列卫）。
是用于治疗慢性粒细胞白血病和胃肠道间质肿瘤的一线用药。
反应方程式三、青蒿素的全合成（Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,1706）青蒿素是继乙氨嘧啶、氯喹、伯喹之后最有效的抗疟特效药，尤其是对于脑型疟疾和抗氯喹疟疾，具有速效和低毒的特点，曾被世界卫生组织称做是“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”。
抗疟疾作用机理主要在于在治疗疟疾的过程通过青蒿素活化产生自由基，自由基与疟原蛋白结合，作用于疟原虫的膜系结构，使其泡膜、核膜以及质膜均遭到破坏，线粒体肿胀，内外膜脱落，从而对疟原虫的细胞结构及其功能造成破坏。
四、卢非酰胺的合成（OrganicProcess Research & Development , 2014 , 18 (11),1567-1570）瑞士诺华公司开发的卢非酰胺(rufinamide,商品名为Banzel)于2008年11月获得FDA批准在美国上市,用于癫痫Lennox-Gastaut 综合征(LGS)的辅助治疗。
连续流反应技术在药物分子合成中的研究进展
roki-Heck（烯烃）和 Negishi（有机锌）的偶联反应。另外，
已有报道利用流动化学固-液反应合成不稳定或有毒的
药物中间体。
Alcázar 组报道了利用 SiliaCat-DPP-Pd 材料作为高
[18]
效的钯催化剂，该催化剂中钯的附着较好不易脱附 。
代初流动化学技术概念首次提出以来，其以与传统的间
歇式反应（Batch Reaction）不同的反应器结构和反应模
文章编号：
1008-553X（2020）05-0011-04
应类型从反应物相态可以分为气-液反应、固-液反应、
气-液-固反应、液-液反应、液-液-固反应。
1.1 气-液反应
药物合成中传统的气-液反应通常效率较低，这主
摘要：流动化学技术具有高传热与传质效率、高反应安全性、短反应时间以及可精准控制反应参数等优点而在药物合成中具有重要潜
力。分别从流动化学中气-液反应、固-液反应、气-液-固反应、液-液反应、液-液-固反应体系在药物合成中的研究进展进行综述。为
今后流动化学技术在药物合成中的进一步应用提供借鉴。
关键词：
流动化学; 药物分子; 合成; 研究进展
在优化的条件下，实现了有机硼衍生物与芳基氯化物和
芳基三氟甲磺酸酯合成二芳基化合物。值得注意的是，
在 0.15 M 的底物浓度与 60℃的反应温度下，仅停留 5
min 就可以实现转化，研究表明，钯催化剂在 8 h 的连续
反应中转化率和选择性没有下降，在得到的反应混合物
中仅发现了 30×10-9 钯的残留，这充分显示了钯负载催
利用流动化学进行一氧化碳钯催化羰基化反应。其中，
化学合成的多样性策略及应用
化学合成的多样性策略及应用随着化学合成技术的不断发展，人们对于合成化学的要求也越来越高。
传统的化学合成方法已经无法满足人们对复杂分子的合成需求，因此化学家们通过不断探索和开创，研究出了各种多样性策略，来提高化学合成的效率和成功率。
本文将介绍几种常用的、有代表性的多样性策略，并探讨它们在化学合成中的应用。
一、选择性反应选择性反应是化学合成中非常重要的一项策略，它指的是在多种可能反应路径中选择最需要的一条路径进行反应。
例如，人们希望在分子中只引发一个官能团的反应，而不影响其它官能团的位置。
这种选择性反应在化学生产和医药领域中广泛应用。
选择性反应的实现方法包括以下几种：1. 化学反应条件的控制，例如通过温度、反应物浓度、溶剂、酸碱度等条件来选择反应路径。
2. 强基或强酸条件下引发的反应，强酸、强碱可以使一些官能团发生特异性的反应，例如酰胺基的诱导氧化。
3. 酶催化反应，酶能够选择性地在特定的位置上进行反应，例如氨基转移酶和羧酸转移酶可以在生化反应中发挥重要作用。
选择性反应的应用范围广泛，例如在合成药物中，通过选择性反应可以选择性地引发某个官能团的反应，来制备复杂的分子，提高活性和选择性。
二、多组分反应多组分反应指的是在一次反应中引入多种反应物，生成多个产物的反应。
多组分反应可以提高反应的效率和产物的多样性，使得合成化学更具有可控性和灵活性。
多组分反应包括以下几种：1. 同步多组分反应，多组分反应中反应物同时引发反应。
2. 串联多组分反应，多组分反应中反应物串联引发反应。
3. 溶液相反应和固相反应，多组分反应可以在溶液相中或固相中进行。
4. 催化多组分反应，多组分反应可以通过催化剂的作用进行。
多组分反应的优点在于它可以通过引入多种反应物，来产生多样性的产物，甚至可以通过计算机模拟来预测产物的结构，从而提高合成效率和成功率。
三、流动化学流动化学指的是在微观尺度上进行化学反应的方法。
与传统的宏观化学反应相比，流动化学反应具有许多优点，例如反应速度快、反应条件容易控制、反应系数大等。
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1.什么是流动化学?
流动化学，即持续工艺或连续流动化学。
首先以既定流速将两个或更多不同的反应物流泵送至一个腔室、管子或者微型反应器内发生反应，然后在出口处收集包含所产生化合物的流体。
这一过程仅需要少量物料，并且很大程度上提高了工艺安全性。
由于连续流动技术的内在设计，可以达到批次反应无法安全达到的反应条件，同时杜绝了批次之间产物的差异性。
具有产物品质更高、杂质更少、反应循环时间更快的优势。
2.流动化学的类型
同相流动化学:同种液-液反应、两种液-液反应。
异相流动化学:固液反应、气液反应、气-液-固反应
3.流动化学优势
①精确的温度控制（-100 ℃to 250 ℃）；比表面积大，热转移效果好；反应器中的温度均匀（不像批式反应器中有梯度）；反应响应和控制更快更有效。
②混合快速；超快混合，重现性好：流动通道直径小，创造层流条件；扩散混合快速、高效、重现性好。
③清洁的反应；产物完全与反应物分离，无过度反应。
④快速的反应；提高反应速率根据Arrhenius定律，反应速率根据温度的提高成指数增加：
温度每增加10度，反应速率提高一倍。
流动化学系统易于加压，可加热到溶剂沸点以上，这称作：super-heating。
反应快速，并且能完成先前不易进行的反应。
根微波类似。
⑤可安全的使用活性或有毒试剂；
更安全地使用危险试剂：实际反映的体积很小（通常＜50ml）；优异的热转移可以快速地散热，确保温度稳定；几乎所有的试剂均能使用；减少人为的操作，降低了风险。
⑥易于放大；
关键点仍保持一致:停留时间、投料比、温度、压力。
快速混合，精确的温度控和停留时间确保良好的重现性。
放大-克级: 加大反应器体积或增加停留时间；百克级: 提高反应器体积，串联反应器，增加停留时间或三者结合；千克级: 需要工业级别的工程师提供协助。
⑦易于进行多相反应；
固相、液相和气相均可作为反应物：对于固体，无需过滤；对于气体，使用量小，提高了安全性。
⑧可一线完成多步反应；
可顺序进行多步反应：无需像批式反应那样处理反应釜中的所有物质才能得到产品（溶剂中的产品可立即用到下一步反应）；反应器可以次序排列；整个系统可自动调整流速和反应时间。
⑨易于自动化；
⑩占地小。
非常紧凑；模块化。