化工廠爆炸的火焰時刻攛掇于各大新聞首頁，消防隊的救援聲緊緊圍繞在耳邊長鳴。傳統化工行業究竟何去何從?何時才能讓普通群眾不在“談化色變”?

人類最早在17世紀就已經進入大化工時代，由于科學技術水平不高，最初化工行業的研究和應用更多停留在農業、航運、軍事上。在一位位杰出學者的不懈努力下，化工行業的摩天大樓在短短200年就拔地而起，被應用在生活的方方面面。高聳入云的煙囪，如碑林立的煉化爐成為了人們對于化工行業的第一印象。中國化工行業相較于西方國家起步較晚，為了早日步入現代化，開始了一場轟轟烈烈的工業大發展，一大批良莠不齊的企業加入到這場化工盛宴中，給化工行業帶來高速發展的同時也為后世的生產安全和生活安全埋下了禍根。每年都能聽到各地化工廠爆炸的新聞，每每聽到傷亡人數無不令人感到惋惜與后怕。問題遺留至今，已然成為一把懸在政府和人民群眾頭上的達摩克利斯之劍，化工技術改革不得不提上議程。

安徽科芯微流化工有限公司依托中國科學技術大學的研發平臺，致力于為化工行業發展貢獻自己的力量。本公司系統的調研了目前國內外化工行業的生產現狀，提出了化工生產的三問：化工安全問題主要是出在化學工藝上還是生產設備上(本質是化學和材料的沖突與聯系)?化工生產方式能否跳出“一鍋煮”，來防止被“一鍋端”?其他行業的先進技術能否為我所用?本公司認為，化工安全問題頻發的直接原因是化工生產過程中物料本身危險級數高，操作風險大，回收控制難，導致細微的操作誤差就引發了巨大的風險和危害;間接原因是多數化工企業設備占地面積廣，制造成本高，各種焊接、銜接、拼接、擰轉的的結構多，使得很多化工企業畢其功于一役，后期清潔、維護、檢查又不到位，從而引發了重大生產事故。在找尋答案的路上，美國康寧的連續流微反應器沖入了中國市場，給國內所有志同道合的企業家們提供了借鑒方向。一場轟轟烈烈的連續流化工技術的發展就此拉開了帷幕。

安徽科芯微流找準定位，不局限于康寧的微反應器，著力于解決國內化工企業生產安全和生產產量的問題。新技術的誕生意味著舊的技術將被逐漸代替或顛覆。很多連續流設備制造者和工藝開發團隊仍舊是拿著釜式工藝的技術來研究連續流技術。本公司的研發理念：對傳統化工是取其精華去其糟粕，對全行業和全領域是如能為我用皆可來之。時刻提醒自己新技術的產生一定會誕生新版本的教材，需要注意到以前沒有注意到的問題。這也對研究人員提出更高的要求，在了解一些工藝工程的同時需要對反應的動/熱力學和機理有更深刻的認識，還需要與其他化工技術人員密切合作，這樣才能有效利用連續流這個新的工具。

根據報告，目前國內市場大約50-70%的反應能受益于連續流工藝。但是要得到好的結果，需要做很多的改變才能真切的獲得益處。例如，大約50%的反應有固體參與或生成。有固體并不意味著就不能進行連續流實驗，這就需要實驗人員做很多的改變，包括反應試劑、反應溫度及加料方式等等。除此之外，很多反應在傳統的處理過程中存在很大的安全隱患或者小中試工藝能取得較優結果但是難于放大生產。工程師在設計路線時，往往需要極力避免不利因素，導致合成路線較長，或者使用很貴的替換試劑。而連續流技術為工程師提供了另外一種思路，可以避免這些不利因素，有效降低成本。新技術的開發從來都不是一帆風順的，連續流技術更是如此，也期望各位化學家和工程師們集中力量、共謀發展，促成連續流技術的應用和進步。

一、連續流工藝開發

1.1連續流工藝開發流程

在進行連續流工藝開發時，為了保證反應物能夠實現良好的傳質傳熱，并且在實驗過程中不會發生跑冒漏滴等實驗室事故，要求化學家或工程師們在進行工藝開發時要嚴格遵循以下的流程：調研原料和產物的理化性質，選擇合適的反應器，設計出合理的反應路線，進行結果反饋總結。具體操作流程如下：

1.2連續流反應的設備選擇

連續流設備多種多樣，不同設備滿足不同的需求。在選擇連續流設備時，需要綜合考慮安全、反應機理、傳質要求、設備特點等內容。以下是安徽科芯微流的幾款主推設備，同種設備有不同材質，不同設備可互相組合，可應用于不同反應體系中。

二、連續流實驗實用技巧

根據連續流化學的相關特點，本公司將連續流技術工藝工程分為進料、反應、溫控、收集四大模塊。針對不同模塊的問題和特點，本公司結合自己的生產經驗給出了以下幾種解決方式，也期望后續同行能相互補充。

2.1預熱和保溫

為實現反應過程中溫度的準確控制，可以提前將物料換熱;達到設定溫度后，再混合反應。反應片1和2進行預熱，第3片開始混合反應。微通道反應器的換熱效率較高，在-20~250 ℃的范圍內，一般1片微通道反應器就可以在極短的時間里將物料預熱到目標溫度。

反應器預熱

除此之外，泵進出口的輸料管線也可以提前進行換熱，如采用伴熱帶加熱、管線換熱夾套換熱等等。伴熱帶應用簡單是比較常用的方式，有恒溫伴熱帶(如自來水管伴熱帶、70 ℃左右)和可調溫度伴熱帶(一般是30~180 ℃)。

伴熱帶

對于易揮發、凝固析出晶體或易分解氣化的原料在用泵輸送過程中，需要進行管路冷卻、或保溫。如甲胺水溶液的輸送，甲胺水溶液易揮發，產生氣體。氣泡的產生，會影響高壓柱塞泵的流量穩定性和精確度。在連續流實驗過程中，泵處于壓力輸送狀態，如果單相閥產生氣泡，會出現流量波動，甚至出現不進料的情況，導致實驗失敗。甲胺水溶液需要提前降溫，并且將整個輸送管路加裝保溫材料。最好是選擇能夠降溫的泵，保證物料不會在泵里面氣化。又如苯酚的輸送，苯酚的熔點在60℃左右，在進料過程中一般采取加熱融化的方式，需要對泵和管路進行保溫處理，防止在管路中析出。

2.2進料體積比優化

目前市面上大多數的進料泵(高壓柱塞泵、隔膜泵、蠕動泵等)在原理上存在脈沖。同時輸送物料，很難保證物料之間體積比(或質量比)的穩定性。存在進料泵導致的局部配比失衡。物料之間的體積比(或質量比)越大，配比失衡越明顯。配比失衡嚴重影響反應效果。

在連續流反應器中，流體的湍流(或混沌流)，只可以弱化局部的配比失衡。不同的反應器，不同的通道結構，弱化能力不同。普遍認為，將物料之間的體積比控制在≤10倍范圍內比較合適。

對于均相體系，可以將溶劑進行分配或增加溶劑，調節體積比。如均相硝化反應，可以將H2SO4進行分配，一部分溶解原料，一部分配制混酸。對于非均相硝化反應，可以嘗試調節溶劑用量，調節體積配比。

對于非均相體系，可以采用溶劑將物料稀釋，調節配比。如，液氯氯化反應，液氯不溶于DCM，原料(DCM溶液)與液氯的體積比>10 倍，可以采用DCM稀釋液氯，將液氯打成高分散狀態，再參與反應的方法調節體積配比。

液氯稀釋

另外，一些反應由于放熱速度快，反應受熱影響較大，在開發連續流工藝時可采取分散進料和分段控溫的方式來解決此類問題。連續流設備非常容易實現分段控溫。不同反應段，不同的溫度控制，對提高反應的安全性、選擇性、原子利用率有很大幫助。對于分散多位點進料有以下兩點優勢：

①調節物料配比：對于體積比較大的反應，可以分散進料，調節原料體積比。對于副反應較多的反應，可以進行饑餓反應，通過降低一股原料(如硝化反應的硝酸/硫酸、氧化反應的雙氧水/次氯酸鈉、溴代/氯代反應的液溴/液氯)和另一股原料或主產物的接觸機會，從而降低副反應的發生。

②分散反應熱量：將反應物分散進料，反應產生的熱量，可以分配至不同的部位，減緩溫度波動，抑制飛溫現象。在反應劇烈，放熱量大的反應中需要采用此種方案，如微通道雙氧水氧化工業化生產。

還有一種方式，可以優化體積配比，就是調節不同物料輸送管路的內徑。通過調節內徑的尺寸，調整物料流動的截面面積。

管徑調節體積配比

2.3進料速度

反應物料在微通道中流動時，在物料、管道確定的情況下，雷諾數Re與流速 成正比。為了達到理想的混合效果，應選擇較大的進料速度。

式中，ρ-流體密度(kg/m3); -平均流速(m/s);d-管直徑(m);μ-流體動力黏度(Pa·s或N·s/m2)

連續流反應器有自身的持液量V0(即設備的容積)，對于常規的液液反應，其停留時間計算方法為：

式中， -物料總流速(mL/min);V0-設備的容積(mL)。

連續流反應器中的反應時間與物料進料速度成反比，速度越快，時間越短;同樣要達到相同的反應時間，需要的連續流設備越長。同時，流體在管道中流動，流速越大，摩擦力越大，壓降越大。實驗中，需要綜合分析混合效果、反應時間、壓降等因素來選擇最佳的進料速度。

2.4氣液混合

氣液反應，存在非常大的傳質阻力和混合難度。在連續流工藝過程中，氣液的混合效率對反應效果有決定性的影響。對于氣液反應可以采用背壓壓縮法、溶液溶解法、微氣泡法等。

背壓壓縮法：壓強對固體、液體(溶液)的反應影響較小，對需要氣體參與的反應有明顯的促進作用。氣體的壓強增大，縮小氣體體積，相應的濃度增大，有效碰撞幾率增大，增加反應速率。氣體體積減小，有利于延長液體或是氣體在反應器中的停留時間。當氣體壓強增大到一定程度時，氣液反應變為液液反應。可以改變物料的進料狀態，減輕物料進料和計量的難度。如液氯氯化和液氨氨解。

進行體系背壓的主要設備為背壓閥，背壓閥的使用方式包括兩種：直接使用、間接使用。

① 直接使用：背壓閥連接至管路，物料通過背壓閥，對背壓閥腐蝕嚴重，縮短背壓閥的使用壽命。

② 間接使用：背壓閥安裝至氣液分離罐，液態物料儲存于氣液分離罐，氣體通過背壓閥，背壓閥的精度更穩定，使用壽命更長。

氣液分離罐+背壓閥

溶液溶解法：某些氣體在溶劑中的溶解度較大，將氣體溶于溶劑，將氣液非均相反應轉變為液液均相反應。如氨解反應，可以將氨氣溶于溶劑(甲醇、丙酮等)。可以借助微混合器、板式微氣泡反應器或動態管反應器等連續流設備實現氣體的快速溶解。

微氣泡法：將氣泡剪切成微米/納米級微氣泡，與液體混合后形成乳化液，增大相接觸面積，或借助膜材料將氣體分割成更小分散到溶液中。

2.5固體參與或生成

連續流工藝開發中，固體的參與和生成是個很大的難題。進料困難、設備堵塞問題、固液傳質阻力大等，制約了連續流工藝的開發。對于固體問題常采用以下方法進行優化：

①使用溶劑溶解固體。將進料困難的固液非均相反應，改變為液液均相反應。對于有固體生成的反應則需要增加溶劑的量或使用其他溶劑組合使用。

②加熱熔融。將較難控制的固體進料轉換成較好控制，反應傳質更好的液體進料。但是容易在管路中析出較多固體，導致實驗失敗。需要將整個輸送管路加裝保溫材料。最好是選擇能夠加熱的泵，保證物料不會在泵里面析出。

管路保溫

當然對于熔點在30~ 70 ℃左右的原料，我們也可以采用常規的高壓柱塞泵，結合鼓風干燥箱來實驗小試實驗的運行。

鼓風干燥箱保溫進料

對于熔點較高的的原料(如鈉、鉀等)，我們可采用間接進料的方式。比如使用惰性介質白油將金屬溶解成均一液相，然后打入反應器中反應。

高溫熔融間接進料

③固體破碎處理。A:對于不能使用溶劑、無法實現高溫熔融的反應，可將大的固體顆粒使用輔助設備(研缽等)磨至微米/納米級別，增大相界面面積，采用固體進料裝置進料。B:對于不能溶解在溶劑中、無法實現高溫熔融的反應，可將固體粉末均勻的分散在溶劑中，借助對固體容忍性較好的泵(隔膜泵、漿料泵等)進料。

2.6連續流工業化放大

連續流技術的切入點是將傳統間歇釜式工藝或稱為“一鍋煮”，改革為連續的小通量反應。相較于釜式比較簡陋粗略的反應控制和監測過程，連續流技術精準而又靈敏，且連續流技術與在線監測技術有更好的融合性，為新產品或新工藝的開發提供了極大地便利。另外，反應過程中較小的瞬時處理量，極大的降低了反應過程帶來的安全隱患。高效的傳質、傳熱優勢，縮短了反應完全進行的時間。以微止危，本質安全成為了連續流技術的最大特色。在放大生產時，連續流設備也有他的優勢。工業化設備與小試設備相比，只在空間體積增大了幾倍至十幾倍。與釜式反應的幾千倍相比，傳質的放大效應非常小。打通的小試工藝，可以快速地應用于工業化設備。

但是，連續流工業化放大過程中，也會出現一些不可避免的問題。由于連續流反應器為了促進傳質傳熱，大多持液量有限。尤其是板式微通道反應器，單塊反應器的持液量大約在單板內表面積的0.5~2倍。很多反應在單一連續流設備中不能完全反應，可以串聯其它設備，從而延長反應時間。對于非均相液態反應，由于其對于混合要求比較高，常采用板式微通道反應器串聯或是動態管反應器串聯。對于均相液態反應，可以采用盤管或靜態延時反應器串聯。在操作過程中，我們一般讓反應在混合較好的地方，原料轉化到80%以上，剩余的20%在延時反應器中熟化完成。市場上在售的延時反應器，一般是盤管制造的。盤管內可根據需求定制特殊混合結構，盤管的內徑較大。實際使用過程中，延時反應器的持液量大，成倍增加反應時間，并且延時反應器帶來的壓降較小。

最后，期望各位同仁能夠建言獻策，共同促進連續流行業的發展。